Fizycy ze Stanów Zjednoczonych przypadkowo odkryli, że grafen może wytwarzać energię z wykorzystaniem środowiska i w niedalekiej przyszłości stanie się nowym słowem w energii i bionice.
Istnienie grafenu w przyrodzie jest zjawiskiem, które stało się możliwe dzięki temu, że naukowcy znaleźli „lukę” w prawach fizyki i zmusili ciągłe dwuwymiarowe płótno atomowe do zachowania się jak trójwymiarowy materiał. Coraz więcej nowych badań ujawnia przydatne zastosowania tego materiału, a prognozy brzmią bardzo zachęcająco: okazało się, że grafen można wykorzystać do uzyskania prawie nieskończonej ilości energii!
Przypadkowe odkrycie
Zespół fizyków pod kierownictwem naukowców z University of Arkansas dokonał odkrycia przez przypadek. Pierwotnym celem ich testów było zbadanie wibracji grafenu - ale po co?
Wszyscy znamy ziarnisty grafit, który jest powszechnie używany w połączeniu z elementami ceramicznymi do tworzenia trzonka ołówka. Czarny pasek, który pozostaje po przejściu ołówka po papierze, to w rzeczywistości cienkie arkusze atomów węgla, które łatwo przesuwają się po sobie. Od wielu lat fizycy zastanawiali się: czy można wyodrębnić taki arkusz i uczynić go niezależną dwuwymiarową płaszczyzną?
W 2004 roku udało się fizykom z Uniwersytetu w Manchesterze. Aby istnieć oddzielnie od siebie, arkusze atomów węgla muszą zachowywać się jak trójwymiarowy materiał, aby zapewnić niezbędną stabilność. Okazało się, że „luką” w tym przypadku jest przemieszczenie ruchomych atomów, co nadaje grafenowi właściwości trzeciego wymiaru. Innymi słowy, grafen nigdy nie był w 100% płaski - wibrował na poziomie atomowym, aby jego wiązania nie rozpadały się samoistnie.
Aby zmierzyć poziom tego przemieszczenia i wibracji, fizyk Paul Tibado poprowadził ostatnio grupę absolwentów i przeprowadził z nimi bardzo proste badania. Naukowcy położyli arkusze grafenu na specjalnej miedzianej siatce i pod mikroskopem obserwowali zmiany położenia atomów. Jednak liczby z jakiegoś powodu nie odpowiadały oczekiwanemu modelowi. Ponadto dane różniły się w zależności od procesu.
Film promocyjny:
Grafen jako źródło energii
Thibado zdecydował się pójść w innym kierunku, próbując znaleźć odpowiedni szablon i zmieniając sposób analizy danych. Badacze podzielili każde zdjęcie wykonane podczas pomiaru na podobrazy. Strategia okazała się słuszna: obraz w dużej skali nie pozwolił na badanie praw ruchu atomów, ale analiza jego szczegółów pozwoliła w rezultacie dowiedzieć się czegoś ciekawego. Zakładano, że arkusze grafenowe poruszały się na tej samej zasadzie co gięte blachy - ale to założenie okazało się fałszywe.
Okazało się, że chodzi o tak zwane „loty Levy'ego” - wzory małych przypadkowych fluktuacji połączonych z nagłymi, ostrymi przesunięciami. Takie systemy były wcześniej obserwowane w układach biologicznych i klimatycznych, ale fizycy widzieli je po raz pierwszy w skali atomowej. Mierząc prędkość i skalę tych fal grafenu, Thibado zasugerował, że można by je wykorzystać do wydobywania energii ze środowiska.
Dopóki temperatura otoczenia uniemożliwia „wygodny” ruch atomów grafenu względem siebie, będą one nadal pulsować i wyginać się. Umieść elektrody po obu stronach sekcji tego grafenu i masz mały generator. Zgodnie z obliczeniami, wykres 10x10 mikronów grafenu ma moc 10 mikrowatów. Biorąc pod uwagę, że główka szpilki może pomieścić aż 20 000 takich kwadratów, taka „potęga” nie wygląda zbyt imponująco, prawda? Jednak ta moc w temperaturze pokojowej wystarczy, aby dostarczyć energię do jakiegoś małego gadżetu - na przykład zegarka na rękę. Ciekawe jest też to, że w przyszłości taka metoda pozyskiwania energii może doprowadzić do powstania bioimplantów, które nie będą potrzebowały nieporęcznych baterii.
Wniosek
Chibado współpracuje obecnie z naukowcami z US Naval Research Laboratory, aby sprawdzić, czy ta strategia ma przyszłość. Być może to właśnie grafen stanie się źródłem „energii przyszłości”, która pozwoli technologiom dokonać w najbliższej przyszłości znaczącego przełomu.
Wasilij Makarow
