Fysikere fra De Forenede Stater opdagede ved en fejltagelse, at grafen kan generere energi ved hjælp af miljøet og vil blive et nyt ord inden for energi og bionik i den nærmeste fremtid.
Eksistensen af grafen i naturen er et fænomen, der blev muligt på grund af det faktum, at forskere fandt et "smuthul" i fysikkens love og tvang et kontinuerligt to-dimensionelt atom lærred til at opføre sig som et tredimensionelt materiale. Flere og flere nye undersøgelser afslører nyttige anvendelser af dette materiale, og forudsigelserne lyder meget opmuntrende: det viste sig, at grafen kan bruges til at opnå en næsten uendelig mængde energi!
Tilfældig opdagelse
Et team af fysikere ledet af forskere fra University of Arkansas gjorde opdagelsen ved et uheld. Det oprindelige formål med deres test var at undersøge vibrationen af grafen - men til hvad?
Vi kender alle kornet grafit, som ofte bruges sammen med keramiske komponenter til at skabe en blyantskaft. Den sorte stribe, der er tilbage, efter at blyantledningen løber over papiret, er faktisk tynde lag kulstofatomer, der let glider over hinanden. I mange år har fysikere undret sig: er det muligt at isolere et sådant ark og gøre det til et uafhængigt to-dimensionelt plan?
I 2004 lykkedes fysikere fra University of Manchester. For at eksistere adskilt fra hinanden skal ark kulstofatomer opføre sig som et tredimensionelt materiale for at give den nødvendige stabilitet. Det viste sig, at "smuthul" i dette tilfælde er forskydningen af mobile atomer, hvilket giver grafen egenskaberne for den tredje dimension. Med andre ord, grafen var aldrig 100% flad - den vibrerede på atomniveauet, så dens bindinger ikke spontant forfaldt.
Det var for at måle niveauet for denne forskydning og vibration, som fysiker Paul Tibado for nylig ledede en gruppe kandidatstuderende og gjorde en meget enkel undersøgelse med dem. Forskere lagde ark grafen på et specielt kobbernet og observerede ændringer i atomernes positioner med et mikroskop. Tallene af en eller anden grund svarede imidlertid ikke til den forventede model. Desuden varierede dataene fra prøve til prøve.
Salgsfremmende video:
Grafen som energikilde
Thibado besluttede at tage eksperimentet i en anden retning, forsøgte at finde en passende skabelon og ændre den måde, han analyserede dataene på. Forskere har opdelt hvert billede taget under målingen i underbilleder. Strategien viste sig at være korrekt: billedet i stor skala tillader ikke at studere atomernes bevægelseslovgivning, men analysen af dets oplysninger som et resultat gjorde det muligt at finde ud af noget interessant. Det blev antaget, at grafenpladerne bevægede sig efter samme princip som bøjede metalplader - men denne antagelse viste sig at være falsk.
Det viste sig, at hele punktet ligger i de såkaldte "Levy-flyvninger" - mønstre af små tilfældige udsving kombineret med pludselige, skarpe skift. Sådanne systemer blev tidligere observeret i biologiske og klimatiske systemer, men fysikere har set dem for første gang i atomskala. Ved at måle hastigheden og skalaen for disse grafenbølger foreslog Thibado, at de kunne bruges til at udtrække energi fra miljøet.
Så længe miljøets temperatur forhindrer den "komfortable" bevægelse af grafenatomer i forhold til hinanden, vil de fortsætte med at pulse og bøje. Placer elektroder på hver side af et afsnit af denne grafen, og du har en lille generator. Ifølge beregninger har en graf af grafen på 10 x 10 mikrometer en effekt på 10 mikrowatt. I betragtning af at en spidshoved kan passe til så mange som 20.000 af disse firkanter, ser et sådant "kraftcenter" ikke så imponerende ud, ikke? Denne kraft ved stuetemperatur vil imidlertid være nok til at give energi til en lille gadget - for eksempel et armbåndsur. Det er også interessant, at en sådan metode til fremskaffelse af energi i fremtiden kan føre til oprettelse af bioimplanter, som ikke har brug for store batterier.
Konklusion
Chibado samarbejder i øjeblikket med videnskabsmænd på US Naval Research Laboratory for at se, om denne strategi har en fremtid. Måske er det grafen, der vil blive kilden til "fremtidens energi", der giver teknologier mulighed for at gøre et betydeligt gennembrud i den nærmeste fremtid.
Vasily Makarov
