石墨烯的内部运动可以提供无限的清洁能量

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阿肯色大学的研究人员Paul Thibado教授领导的研究人员发现,有力的证据表明,二维材料的内部运动可以作为清洁,无限能量的来源。据报道,该团队迈出了创造一种能够将这种能量转化为电能的设备的第一步,并具有许多应用的潜力。最近已将专利应用于本发明,称为振动能量收集器或VEH。

该团队研究了石墨烯中碳原子的内部运动,并观察到两个截然不同的特征:小布朗运动和更大,协调的运动。在这些较大的运动中,整个波纹弯曲,像一块金属被反复弯曲一样向上和向下翻转。这种小型随机运动模式与较大的突然运动相结合,被称为Lévy飞行。这种现象可以在各种背景下观察到,例如生物医学信号,气候动力学等。Thibado据称是第一个观察到这些飞行在无机原子级系统中自发发生的人。

而其他研究人员推测,石墨烯中温度诱导的曲率反转可以用作能源,Thibado的工作是独一无二的,因为他发现石墨烯具有自然发生的波纹,当原子响应环境温度而振动时,波纹会反转它们的曲率。“这是利用二维材料运动作为可收获能源的关键,”蒂巴多说。与液体中随机移动的原子不同,连接在一片石墨烯中的原子一起移动。这意味着他们的能量可以使用现有的纳米技术收集。

这种VEH装置将包括悬浮在两个金属电极之间的带负电的石墨烯片。当石墨烯翻转时,它在顶部电极中引起正电荷,当它向下翻转时,它向底部电极充电,产生交流电。

Thibado实验室的石墨烯尺寸约为10微米,非常小,超过20,000个可以放在针头上。由单个波纹表现的每个Levy飞行仅测量10纳米乘10纳米,但可以产生10皮瓦的功率。结果,这些微型膜中的每一个都有可能产生足够的能量来为手表供电,并且它们永远不会磨损或需要充电。

基于石墨烯的VEH(阿肯色大学)

除石墨烯外,该团队还将试验其他2D材料。具有讽刺意味的是,人们发现石墨烯具有优异的导电性 - 这一特性使其能够在其他环境中作为产生微小电路的材料出类拔萃 - 这使得它不太适合这种用途。如果活性材料不导电,他的VEH器件会产生更多能量,因为如果电子在其上移动太容易,则会降低其效率。研究人员正在研究其他2D材料,以确定它们是否能比石墨烯更有效地产生能量。

VEH技术可能对将物理对象连接到数字世界(称为物联网)的努力产生重大影响。这种自充电微观电源可以将日常物品变成智能设备,并为更复杂的生物医学设备提供动力,如起搏器,助听器和可穿戴传感器。“自我供能能够实现智能生物植入,”Thibado解释说,“这将极大地影响社会。”



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