Az Egyesült Államok fizikusai véletlenül felfedezték, hogy a grafén a környezet felhasználásával képes energiát előállítani, és a közeljövőben új szóvá válik az energia és a bionika területén.
A grafén létezése a természetben egy olyan jelenség, amely lehetővé vált annak a ténynek köszönhetően, hogy a tudósok „kiskapukat” találtak a fizika törvényeiben, és arra kényszerítették a folyamatos kétdimenziós atomvászonot, hogy háromdimenziós anyagként viselkedjen. Egyre több új tanulmány fedezi fel az anyag hasznos alkalmazását, és az előrejelzések nagyon biztatónak tűnnek: kiderült, hogy a grafén felhasználható szinte végtelen mennyiségű energiára!
Véletlen felfedezés
Az arkansasi egyetem kutatói által vezetett fizikusok egy csoportja véletlenül tette fel a felfedezést. Tesztelésük eredeti célja a grafén rezgésének tanulmányozása volt - de miért?
Mindannyian ismerjük a szemcsés grafitot, amelyet általában a kerámia alkatrészekkel együtt használnak ceruzatengely elkészítéséhez. A fekete szalag, amely akkor marad, amikor a ceruzavezeték áthalad a papíron, valójában vékony szénatomok, amelyek könnyen csúsznak egymás felett. A fizikusok évek óta elgondolkodnak azon: vajon lehet-e egy ilyen lemezt elkülöníteni, és független kétdimenziós síkké alakítani?
2004-ben a manchesteri egyetem fizikusai sikeresek voltak. Ahhoz, hogy egymástól elkülönülten létezzenek, a szénatomoknak háromdimenziós anyagként kell viselkedniük, hogy biztosítsák a szükséges stabilitást. Kiderült, hogy a "kiskaput" ebben az esetben a mozgó atomok elmozdulása képezi, ami a grafén számára a harmadik dimenzió tulajdonságait adja meg. Más szavakkal: a grafén soha nem volt 100% -osan lapos - atomi szinten rezeg, hogy kötései ne spontán bomolhassanak le.
Paul Tibado fizikus nemrégiben végzős hallgatók egy csoportját vezette, és nagyon egyszerű tanulmányt végzett velük az elmozdulás és a rezgés mértékének mérése érdekében. A tudósok speciális rézhálóra fektették a grafénlemezeket, és mikroszkóppal megfigyelték az atomok helyzetének változásait. A számok valamilyen okból nem feleltek meg a várt modellnek. Ezen túlmenően, az adatok próbaidőszakonként változtak.
Promóciós videó:
Grafén mint energiaforrás
Thibado úgy döntött, hogy egy másik irányba tette a kísérletet, megpróbálva megtalálni a megfelelő sablont, és megváltoztatva az adatok elemzésének módját. A kutatók minden, a mérés során készített képet alképekre osztottak. A stratégia helyesnek bizonyult: a nagyméretű kép nem tette lehetővé az atomok mozgási törvényeinek tanulmányozását, de annak részleteinek elemzése eredményeként valami érdekeset tudott felfedezni. Feltételezték, hogy a grafén lemezek ugyanazon az elven mozognak, mint a hajlított fémlemezek -, de ez a feltételezés tévesnek bizonyult.
Kiderült, hogy az egész lényege az úgynevezett "járatos repülések" - a kis véletlenszerű fluktuációk mintázata hirtelen, éles eltolódásokkal. Az ilyen rendszereket korábban megfigyelték a biológiai és az éghajlati rendszerekben, de a fizikusok először látják őket atomi skálán. Ezen grafénhullámok sebességének és méretének mérésével Thibado javasolta, hogy ezeket lehessen felhasználni az energia kinyerésére a környezetből.
Mindaddig, amíg a környezeti hőmérséklet megakadályozza a grafén atomok "kényelmes" mozgását egymáshoz viszonyítva, addig pulzálnak és hajlanak. Helyezze az elektródákat a grafén szakaszának mindkét oldalára, és van egy apró generátora. A számítások szerint a grafén 10x10 mikronos grafikonja 10 mikrotatt teljesítményű. Figyelembe véve, hogy egy csap feje elfér akár 20 000 ilyen négyzetet is, egy ilyen "erőmű" nem tűnik nagyon lenyűgözőnek, igaz? Ez a teljesítmény szobahőmérsékleten elegendő ahhoz, hogy energiát biztosítson egy kis eszközhöz - például egy karóra. Érdekes az is, hogy a jövőben egy ilyen energia-előállítási módszer bioimplantátumok létrehozásához vezethet, amelyek nem igényelnek nagyméretű elemeket.
Következtetés
Chibado jelenleg együttműködik az Egyesült Államok Tengerészeti Kutatólaboratóriumának tudósaival annak érdekében, hogy megtudja, van-e ennek a stratégiának jövője. Talán a grafén lesz a "jövő energia" forrása, amely lehetővé teszi a technológiák számára a közeljövőben jelentős áttörést.
Vaszilij Makarov