Innowacje techniczne

Grafen nowym źródłem czystej energii?

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Grafen, „cudowny materiał”, być może będzie kiedyś wykorzystywany do produkcji niewyczerpalnej energii. Taką nadzieję przynoszą nowe odkrycia naukowców.

Grafen, rzecz jasna, nie będzie perpetuum mobile, które po uruchomieniu pracowałoby w nieskończoność bez dostarczania dodatkowej energii. Praw fizyki nie da się złamać. Jednak naukowcy dokonali ustaleń, że grafen może posłużyć pewnego dnia do produkcji energii praktycznie niewyczerpalnej.

Aby lepiej zrozumieć działanie tego źródła energii, musimy wrócić do roku 2004. Właśnie wtedy dwóm badaczom udało się wyodrębnić z kawałka grafitu pojedynczą warstwę atomów węgla. Ten pierwszy dwuwymiarowy materiał został nazwany grafenem. Jego twórcy otrzymali w 2010 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

 

Grafen istnieje dzięki silnym wibracjom

Istnienie tego materiału to paradoks. Jest możliwe tylko dzięki silnym wibracjom, które nadają mu trzeci wymiar. To zjawisko, noszące nazwę ruchów Browna, zapobiega spontanicznemu przerwaniu wiązań między atomami węgla.

Thibado i jego studenci używają skaningowego mikroskopu tunelowego do obserwacji ruchów grafenu. Ilustracja: Research Frontiers – Paul Thibado oraz Wikipedia – Greg L (CC BY-SA 3.0) – (Montaż)

Zespół doktorantów pod kierownictwem fizyka Paula Thibado postanowił zbadać dokładny zakres wibracji grafenu. Jednak ruchy zaobserwowane podczas badania nie zgadzały się z wcześniejszymi obliczeniami i – jak mówi profesor – studenci mieli wrażenie, że „nie dowiedzą się niczego przydatnego” z wibracji grafenu.

 

Energia dzięki nanotechnologii

Jednak eksperci odkryli później, że fluktuacje fal grafenu mogą wystarczyć do produkcji energii. W przeciwieństwie do atomów cieczy, które przemieszczają się losowo, atomy w dwuwymiarowym materiale poruszają się wspólnie, dzięki czemu ich energia może być przechwytywana z użyciem istniejącej nanotechnologii.

Thibado zaczął więc pracę nad „pozyskiwaczem energii wibracji”, który przetwarzałby energię na elektryczność. Zdjęcie: Research Frontiers – Paul Thibado

Thibado zaczął pracę nad „pozyskiwaczem energii wibracji”, który przetwarzałby zebraną energię na elektryczność, czyniąc ją użyteczną. Urządzenie będzie składać się z ujemnie naładowanego arkusza grafenu zawieszonego między dwoma metalowymi elektrodami. Gdy grafen porusza się w górę, nadaje górnej elektrodzie ładunek dodatni. Następnie podczas ruchu w dół ładowana jest dolna elektroda, co prowadzi do powstania prądu zmiennego. Fizyk ubiega się o patent na swój generator.

 

Wiele możliwych zastosowań

Grafen w laboratorium fizycznym ma 10 mikronów średnicy – na główce szpilki zmieściłoby się ponad 20 000 takich elementów. Mimo to każda fala materiału wytwarza 10 pikowatów mocy. Według profesora pojedynczy element mógłby zasilać zegarek bez oznak zużycia.

Samowystarczalne źródło energii może pewnego dnia zasilać urządzenia biomedyczne, takie jak rozruszniki serca, aparaty słuchowe i czujniki do noszenia.

Dlatego Thibado wierzy, że jego generatory mają olbrzymi potencjał. Jeśli ma rację, w przewidywalnej przyszłości dzięki nim urządzenia będą przesyłać, odbierać, przetwarzać i zapisywać informacje. Jednak mikroskopijne źródła energii będą mogły zasilać nie tylko przedmioty codziennego użytku, ale również urządzenia medyczne, takie jak rozruszniki serca, aparaty słuchowe i czujniki do noszenia.

Ilustracja w tle: Flickr – CORE-Materials (CC BY-SA 2.0) – (Montaż)

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Innowacje techniczne Nauka

Przeczytaj w następnej kolejności

Read Full Story