Å skaffe energi fra tilfeldige svingninger i systemer i termisk likevekt har vært en langvarig utfordring. Nå har grafen hjulpet.
Når et system er inne termisk balanse, partikler er konstant i bevegelse på grunn av deres termiske energi. De beveger seg tilfeldig og kolliderer med hverandre, men energifordelingen holder seg stabil.
Utfordringen med å utnytte energien til denne uordnede bevegelsen ligger i å kanalisere denne energetiske tilfeldigheten til et kontrollert og nyttig resultat. Det var akkurat det Paul Thibados team fra University of Arkansas gjorde, og fant en måte å utnytte energien fra termiske svingninger i grafen.
«Jeg tror folk var litt redde for temaet på grunn av Feynman. Så alle sa: «Jeg kommer ikke til å berøre dette emnet». Men problemet fortsatte å kreve vår oppmerksomhet”, forklarte forskeren, sitert av Interessant ingeniørfag.
Richard Feynmans hypotese
Dette vitenskapelige eventyret begynte med en dristig holdning: stille spørsmål ved hypotesen unnfanget av fysikeren Richard Feynmanpå 1960-tallet.
Den gang uttalte forskeren at det var det umulig trekke ut noe nyttig arbeid fra Brownsk bevegelse, spesielt når systemene var ved samme temperatur (termisk likevekt). Thibados team oppdaget imidlertid noe uventet som hadde gått upåaktet hen til da.
Grafen dannes naturlig krusninger på overflatensom oppfører seg som små bølger som beveger seg opp og ned som svar på endringer i omgivelsestemperaturen.
I denne studien designet forskerne en krets for å utvinne energi av disse krusningene, bestående av et kryss etterfulgt av to dioder koblet i opposisjon til en ikke-lineær motstand. En diode er en elektronisk komponent som lar strømmen flyte i bare én retning.
Denne konfigurasjonen ble valgt for å overvinne tilstanden etablert av termodynamikkens andre lovsom sier at nyttig energi ikke kan samles når kretsen og krusningene er i termisk likevekt, selv om vi bruker en diode.
Nå, ved å bruke den unike konfigurasjonen med to dioder, oppdaget teamet at de kunne bremse prosessen.
I utgangspunktet, ettersom kretsen samhandler med partikler i Brownsk bevegelse, bryter den midlertidig balansen, slik at strømmen kan flyte mellom diodene og lade lagringskondensatorene. Hele denne prosessen skjer med respekt for termodynamikkens første og andre lov.
Thibado ønsker nå å gå utover teori og bygge en praktisk applikasjon kjent som Grafen energihøster (GEH)en teknologi som tar sikte på å utnytte den unike fleksibiliteten til grafen, som lar den fange energi fra miljøet med potensial til å revolusjonere bærekraftige energiløsninger.
Den vitenskapelige artikkelen, med de siste funnene, ble publisert denne måneden i Fysisk gjennomgang E.
