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颠覆著名论断?科学家利用石墨烯产生清洁电力

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-10-16  浏览次数:2496

阿肯色大学(University of Arkansas)的一个物理学家团队已经成功开发出了一种能够捕获石墨烯热运动并将其转换为电流的电路。

“一个基于石墨烯的能量收集电路可以集成到芯片中,为小型设备或传感器提供清洁、无限度的低压电力,”该发现的首席研究员、物理学教授Paul Thibado说。

发表在《 Physical Review E》期刊上的这一发现证明了三年前物理学家提出的一个理论,即独立的石墨烯——一层碳原子——以一种有望获得能量的方式波动和弯曲。

从石墨烯中获取能量的想法是有争议的,因为它驳斥了物理学家理查德·费曼的著名论断,即原子的热运动,即布朗运动,不能做功。

Thibado的团队发现,在室温下,石墨烯的热运动确实会在电路中产生交流电,这被认为是不可能的。

Thibado的小组用两个二极管构建了电路,将交流电转换成直流电(DC)。

由于两个二极管是反向的,使得电流可以双向流动,因此它们在电路中提供了单独的路径,从而产生了在负载电阻上工作的脉动直流电流。

此外,他们发现他们的设计增加了电力的输送量。

Thibado说:“我们还发现,二极管的开关特性实际上放大了输出功率,而不是像之前认为的那样降低了输出功率。”

由二极管提供的电阻变化率是功率的另一个因素。

该团队使用一个相对较新的物理领域来证明二极管增加了电路的功率。

“为了证明这种功率增强,我们借鉴了随机热力学的新兴领域,并扩展了近百年来著名的尼奎斯特理论,”合著者Pradeep Kumar说,他是物理学副教授和合著者。

据Kumar说,石墨烯和电路有一种共生关系。

虽然热环境对负载电阻起作用,但石墨烯和电路处于相同的温度,热量不会在两者之间流动。

Thibado说,这是一个重要的区别,因为在产生能量的电路中,石墨烯和电路之间的温差会违背热力学第二定律。

“这意味着没有违反热力学第二定律,也没有必要论证‘麦克斯韦妖’正在分离冷热电子,”Thibado说。

该团队还发现,石墨烯相对缓慢的运动在电路中引入了低频电流,这从技术角度来说很重要,因为电子器件在低频时工作效率更高。

“人们可能认为电流在电阻器内流动会使电阻器升温,但布朗电流不会。事实上,如果没有电流流动,电阻器会冷却下来,”Thibado解释道。

“我们所做的是改变电路中的电流,并将其转化为有用的东西。”

该团队的下一个目标是确定直流电流是否可以存储在电容器中以供以后使用,这一目标需要将电路小型化并在硅片或芯片上形成图形。

如果能在1毫米×1毫米的芯片上构建数百万个这样的微型电路,它们就可以作为低功率电池的替代品。

阿肯色大学拥有这项技术在美国和国际best365的几项专利,并通过该校的技术投资部门授权其用于商业应用。


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