Фізики з США випадково виявили, що графен може виробляти енергію за допомогою навколишнього середовища і вже в найближчому майбутньому може стати новим словом в енергетиці й біоніці.
Існування в природі графену — феномен, який став можливий завдяки тому, що вчені знайшли «лазівку» в законах фізики й змусили суцільне двомірне атомне полотно поводитися як тривимірний матеріал. Все нові й нові дослідження відкривають корисні застосування цього матеріалу, і прогнози звучать вельми обнадійливо: виявилося, що графен можна використовувати для отримання практично нескінченного числа енергії!
Випадкове відкриття
У 2017 році команда фізиків, очолювана дослідниками з Університету Арканзасу, зробила відкриття абсолютно випадково. Первісною метою їх випробувань було вивчення вібрації графену — але для чого?
Всі ми знайомі з 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 ставили собі питання: 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 поводитися подібно тривимірному матеріалу, щоб забезпечити необхідну стабільність. Виявилося, що “лазівкою” в такому випадку є зміщення рухомих атомів, що і надає графену властивості третього виміру. Іншими словами, графен ніколи не був 100% плоским — він вібрував на атомарному рівні так, щоб його зв’язки не піддавалися спонтанному розпаду.
Саме для того, щоб виміряти рівень цього зміщення і вібрації, фізик Пол Тібадо недавно очолив групу аспірантів і зробив з ними вельми просте дослідження. Вчені поклали листи графену 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.
Графен як джерело енергії
Тібадо вирішив повести експеримент в іншому напрямку, намагаючись знайти відповідний 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 приватностей в результаті дозволив з’ясувати щось цікаве. Передбачалося, що листи графену рухалися за тим же принципом, 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 і масштаб цих графенових хвиль, Тібадо припустив, що їх можна використовувати для вилучення енергії з навколишнього середовища.
Поки температура середовища перешкоджає “комфортному” переміщенню атомів графену відносно один одного, вони продовжать пульсувати й згинатися. Помістіть електроди з обох сторін секції такого графену — і вийде крихітний генератор. Згідно з розрахунками, граф розміром 10х10 мікрон графену має потужність в 10 мікроватів. Враховуючи, що на шпильковій голівці може поміститися цілих 20 000 таких квадратів, подібна “електростанція” виглядає не надто напрочуд, вірно? Однак цієї потужності при кімнатній температурі буде достатньо, щоб забезпечити енергією який-небудь маленький гаджет — наприклад, наручний електронний годинник. Цікаво й те, що в майбутньому подібний спосіб отримання енергії може привести до створення біоімплантів, яким будуть не потрібні громіздкі акумулятори.
Укладення
Зараз Тібадо вже співпрацює з вченими військово-морської дослідницької лабораторії США, щоб зрозуміти, чи є у цієї стратегії майбутнього. Можливо, саме графен стане тим джерелом “енергії майбутнього”, який вже найближчим часом дозволить технологіям зробити істотний прорив.
Натхнення: www.popmech.ru