新發明從石墨烯獲得無盡潔淨能源

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【大紀元2020年10月13日訊】(大紀元記者張妮編譯報導)研究者找到一種駕馭石墨烯內原子的運動產生電流的技術,將來可以集成在芯片上成為電子設備的替代電池

研究負責人阿肯色大學(University of Arkansas)物理學教授蒂巴多(Paul Thibado)說:「基於石墨烯的發電電路可以集成到芯片上,為小型設備或感應器提供潔淨、無限的低壓電源。」

阿肯色大學的物理學家三年前提出的理論稱,可以從單層碳原子組成的石墨烯內部原子特定的運動方式收穫能源。這與已故物理學家費曼(Richard Feynman)的說法矛盾。費曼稱,原子的無規則熱運動,也稱為布朗運動,無法做有用功。

可是蒂巴多的研究組發現,在室溫下,石墨烯內部的熱運動可以產生交流電。

科學家曾提出,向電路增加一個二極管做為單向電子門,就可以從布朗運動中獲取能量,但是上世紀50年代物理學家布里淵(Léon Brillouin)發表的一項研究認為不可行。

於是,蒂巴多的研究組在電路中用了兩個二極管,朝向相反的方向,讓電流向兩個方向流動,即在電路中為電流提供兩個分開的通道,將交流電變為直流電,使電流在負載電阻上做功。

不僅如此,他們發現這樣的設計增加了所產生的電能。「我們發現二極管類似開關的作用,實際上起到了放大電流的效果,而不是像以前認為的會減小(電能)。」

合作研究者庫瑪(Pradeep Kumar)說,石墨烯和電路是共生的關係。雖然熱環境在電阻上做功,但是石墨烯和電路的溫度是一樣的,兩者之間沒有熱量的傳遞。

蒂巴多說,這是一個重要的特性。因為石墨烯和發電電路之間的溫差,與熱力學第二定律矛盾。熱力學第二定律說,孤立系統自發地朝著熱力學平衡的方向演化,或者說熱量不能自發地從低溫物體轉移到高溫物體。

「人們可能以為,電流將導致電阻升溫,但是布朗運動下不會。實際上,如果沒有電流的流動,電阻將會降溫。」蒂巴多說:「我們所做的就是在電路中將電流改道,讓它實現有用的效果。」

另外,研究組發現石墨烯內粒子相對較慢的運動,使得產生的電流頻率很低。研究人員表示這是重要的優勢,因為電子設備在低頻電壓下工作更有效。

研究組的下一個目標是考察怎樣將直流電存儲起來。為了實現這個目標,要把電路造得儘量小,把它們集成在硅芯片上。如果在一個1毫米X1毫米見方的芯片上可以集成幾百萬個這樣的電路,這個芯片就能為做為低壓電池使用。

這份研究近期發表在《物理評論E刊》(Physical Review E)上。◇

責任編輯:朱涵儒

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