Фізики із США випадково виявили, що графен може виробляти енергію за допомогою навколишнього середовища і вже в найближчому майбутньому стане новим словом в енергетиці та питань біоніки.
Існування в природі графена — феномен, який став можливий завдяки тому, що вчені знайшли «лазівку» у законах фізики і змусили суцільне двомірне атомне полотно вести себе як тривимірний матеріал. Все нові і нові дослідження відкривають корисні застосування цього матеріалу, і прогнози звучать вельми обнадійливо: виявилося, що графен можна використовувати для отримання практично нескінченної кількості енергії!
Випадкове відкриття
Команда фізиків, очолювана дослідниками з Університету Арканзасу, зробила відкриття абсолютно випадково. Первісною метою їх досліджень було вивчення вібрації графена — але для чого?
Всі ми знайомі зі зернистим графітом, який зазвичай використовують разом з керамічними компонентами для створення стрижня олівця. Чорна смужка, яка залишається після того, як грифель олівця проведе по папері — це, по факту, тонкі листи атомів вуглецю, які легко ковзають один над одним. Протягом багатьох років фізики задавалися питанням: чи можна ізолювати такий лист і зробити його самостійною двовимірною площиною?
У 2004 році фізикам з Манчестерського університету це вдалося. Щоб існувати окремо один від одного, листам вуглецевих атомів необхідно вести себе подібно тривимірному матеріалу, щоб забезпечити необхідну стабільність. Виявилося, що «лазівкою» в даному випадку є зміщення рухомих атомів, що й надає властивості графену третього виміру. Іншими словами, графен ніколи не був 100% плоским — він вібрував на атомарному рівні так, щоб його частинки не піддавалися спонтанному розпаду.
Саме для того, щоб виміряти рівень цього зміщення і вібрації, фізик Пол Тібадо нещодавно очолив групу аспірантів і вчинив з ними досить просте дослідження. Вчені поклали листи графена на спеціальну мідну мережу і спостерігали зміни в положеннях атомів за допомогою мікроскопа. Однак цифри чомусь не відповідали очікуваній моделі. Більш того, від випробування до випробування дані різнилися.
- Французька компанія розробила метод швидкого монтажу сонячних панелей на дахах будівель
- В Південній Кореї роботи почнуть вчити вчити дітей англійської мови
Графен як джерело енергії
Тібадо вирішив повести експеримент в іншому напрямку, намагаючись знайти підходящий шаблон і змінивши для цього спосіб аналізу даних. Дослідники розділили кожне зображення, отримане в процесі вимірювань, на суб-зображення. Стратегія виявилася вірною: масштабна картина не дозволяла вивчити закономірності руху атомів, а ось аналіз її окремих деталей у результаті дозволив з’ясувати щось цікаве. Передбачалося, що листи графена рухалися по тому ж принципу, що і зігнуті листи металу — але це припущення виявилося помилковим.
Виявилося, що вся справа в так званих «польотах Леві» — шаблонах невеликих випадкових коливань, що поєднуються з раптовими, різкими зрушеннями. Подібні системи раніше спостерігалися в біологічних і кліматичних системах, але в атомному масштабі фізики бачили їх вперше. Вимірюючи швидкість та масштаб цих графенових хвиль, Тібадо припустив, що їх можна використовувати для отримання енергії з навколишнього середовища.
Поки температура середовища перешкоджає «комфортному» переміщення атомів графена відносно один одному, вони продовжать пульсувати і згинатися. Помістіть електроди з обох сторін секції такого графена — і вийде крихітний генератор. Згідно з розрахунками, граф розміром 10х10 мікрон графена володіє потужністю в 10 мікроват. Враховуючи, що на шпильковій голівці може поміститися цілих 20 000 таких квадратів, подібна «електростанція» виглядає не дуже вражаюче, вірно? Однак цієї потужності при кімнатній температурі буде досить, щоб забезпечити енергією який-небудь маленький ґаджет — приміром, наручні електронні годинни. Цікаво і те, що у майбутньому подібний спосіб отримання енергії може призвести до створення біоімплантів, яким будуть не потрібні громіздкі акумулятори.
Висновок
В даний час Тібадо вже співпрацює з вченими Військово-морської дослідницької лабораторії США, щоб зрозуміти, чи є у цієї стратегії майбутнє. Можливо, саме графен стане тим джерелом «енергії майбутнього», який вже найближчим часом технологіям дозволить зробити суттєвий прорив.