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 та біоніці.
Існування в природі графена - феномен, який став можливий завдяки тому, що вчені знайшли «лазівку» в 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 досить обнадійливо: виявилося, що графен можна використовувати для отримання практично нескінченного числа енергії! Розберемося як саме пов'язані: графен і енергетика.
Випадкове відкриття
У 2017 році команда фізиків, очолювана дослідниками з Університету Арканзасу, зробила відкриття абсолютно випадково. Початковою метою їх випробувань було вивчення вібрації графена - 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 за папером - це, за фактом, тонкі листи атомів вуглецю, які легко ковзають один над одним. Протягом багатьох років фізики задавалися питанням: чи можна ізолювати такий аркуш і зробити його самостійною акціонерною площиною?
У 2004 році фізикам з Манчестерського університету це вдалося. Щоб існувати окремо один від одного, аркушам вуглецевих атомів необхідно поводитися подібно до тривимірного матеріалу, щоб забезпечити необхідну стабільність. Виявилося, що «лазівкою» в даному 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 нещодавно очолив групу аспірантів і зробив з ними досить просте дослідження. Вчені поклали аркуші графена на спеціальну мідну мережу і спостерігали зміни в положеннях атомів за допомогою мікроскопа. Однак цифри чомусь не відповідали очікуваній моделі. Більше того, від випробування до випробування дані різнилися. А ви коли-небудь замислювалися про те, що графен - джерело енергії? Хоч і використовується разом з компонентами для створення стрижня. Але ось який дивовижний факт вийшов. Перейдемо до експерименту!
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 аркуші 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.
Але чому ж графен джерело енергії? Дивіться, все дуже просто. Поки температура середовища перешкоджає «комфортному» переміщенню атомів графена відносно один одного, вони продовжать пульсувати і згинатися. Помістіть електроди з обох сторін секції такого графена - і вийде крихітний генератор, ось і виходить, що графен джерело енергії. Згідно з розрахунками, граф розміром 10х10 мікрон графена володіє потужністю в 10 мікроват. Враховуючи, що на булавковій головці може поміститися цілих 20 000 таких квадратів, подібна «електростанція» виглядає не надто вражаюче, вірно? Однак цієї потужності при кімнатній температурі буде достатньо, щоб забезпечити енергією якийсь маленький гаджет - наприклад, наручний електронний годинник. Цікаво і те, що в майбутньому подібний спосіб отримання енергії може призвести до створення біоімплантів, яким будуть не потрібні громіздкі акумулятори.
Графен і енергетика: думка вчених
Ув'язнення
Як ми розуміємо графен і енергетика тісно пов'язані, що може принести технологіям так скажемо нове майбутнє... В даний час Тібадо вже співпрацює з вченими Військово-морської дослідницької лабораторії США, щоб зрозуміти, є у цієї стратегії майбутнього. Можливо, саме графен стане тим джерелом «енергії майбутнього», який вже найближчим часом дозволить технологіям зробити істотний прорив.