Grafénból állít elő tiszta energiát egy új áramkör

Ígéretesnek tűnő kísérleti áramkörrel állt elő az Arkansasi Egyetem fizikusokból álló kutatócsoportja, amely képes foglyul ejteni és elektromos árammá alakítani a grafén hőmozgását, vagyis a szabad állapotban levő töltéshordozók mozgását a szilárd anyagban – írja a Phys.org.

Az egyetem kutatói a Physical Review E szaklapban publikált tanulmányukban egy három évvel ezelőtt ugyancsak az egyetemen felvetett elméletből indultak ki, melyben felvetették, hogy a szabadon álló grafén oly módon hullámzik, ami az energiakinyerés szempontjából is ígéretesnek tűnik. A grafén a szén egyik nanoszerkezetű allotróp módosulata, egészen pontosan egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg, amit méhsejtrácsos elrendezésű szénatomok alkotnak. Az, hogy ebből energiát nyerjenek ki, elég megosztó gondolat, ez ugyanis egyértelműen cáfolja Richard Feynman ismert feltételezését, miszerint a gázokban és folyadékokban lebegő részecskék szüntelenül zajló, véletlenszerű mozgása, az ún. Brown-mozgás nem végezhet munkát. Paul Thibado és csapata a mostani kutatásban ugyanakkor arra jutott, hogy

szobahőmérsékleten a grafén hőmozgása váltóáramot indukál egy áramkörben.

Mivel egy Léon Brillouin nevű fizikus az '50-es években már megcáfolta azt, hogy egyetlen dióda hozzáadásával energiává lehetne alakítani a Brown-mozgást, a kutatók két diódával építették meg a saját áramkörüket, hogy a váltóáramot egyenárammá alakítsák. A két diódának hála az áram két irányba is tud folyni, és két külön út jön létre, ami egy terhelő ellenálláson végez munkát.

A kutatók azt is észrevették, hogy a kapcsolóként működő diódák nemhogy nem csökkentették, de még növelték is a létrejövő energia mennyiségét. Ahhoz, hogy ezt bebizonyítsák, a sztochasztikus termodinamikát hívták segítségül. Pradeep Kumar, a tanulmány társszerzőjének magyarázata alapján a grafén és az áramkör szimbiotikus kapcsolatban vannak egymással: ugyan a hőmozgás munkát végez az ellenálláson, a grafén és az áramkör hőmérséklete megegyezik, és a kettő között nincs hőátadás. Ha a két dolog hőmérséklete között különbség lenne egy energiát előállító áramkörnél, az szembemenne a termodinamika második főtételével, így azonban ez érvényesül, és a meleg és hideg elektronokat szétválogató Maxwell-démont sem kell segítségül hívni.

Ezenfelül azt is sikerült megfigyelni, hogy a grafén relatíve lassú mozgása alacsonyabb frekvenciájú áramot generál. Ez technológiai szempontból lehet fontos, a különféle elektronikai cikkek ugyanis alacsony frekvencián hatékonyabban működnek. A kutatócsoport következő célja az, hogy megállapítsa, hogy el lehet-e tárolni az áramot későbbi használatra. Ehhez az áramkör lekicsinyítésére és csipre helyezésére lenne szükség, de megérné a dolog, ha ugyanis több millió ilyen apró áramkört tudnánk elhelyezni egy 1 négyzetmilliméteres csipen, az akár az alacsonyabb teljesítményű elemeket is ki tudná váltani.