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2D材料

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波纹石墨烯收获热能

21 Oct 2020
Paul Thibado
无限:Paul Thibado拥有原型能量收获芯片。 (礼貌:Russell Cothren)

通过提供低压电能的特殊电路利用微小石墨烯的波纹热运动。该系统是由美国和西班牙的研究人员创建的,他说如果它可以在芯片上重复足够重复,它可以提供“清洁,无限,小型设备的低压功率”。

布朗运动是通过液体或气体中的原子或分子缓冲的微小粒子的随机运动 - 并且利用这种动作的想法进行了历史,具有漫长而格良的历史。在20世纪60年代初,诺贝尔劳萨德理查德·费文曼推广了一个被称为“布朗·棘轮”的思想实验,该实验被1912年由波兰物理学家玛丽安斯米卢克斯基举办。这涉及通过轴连接到棘轮的桨叶。桨叶和棘轮都浸入流体中。系统被想象成足够小,以便单个分子的影响足以转动桨叶。由于棘轮,桨叶只能沿一个方向转向,因此看起来可以利用桨叶的布朗运动来完成转动轴的工作。

然而,Feynman表明,如果两个流体在相同的温度下,整个系统的碰撞将阻止这种情况发生。唯一可以完成的方式,争论Feynman,如果流体是不同的温度,使布朗棘轮成为热力发动机。

独立式石墨烯.

在他们的新学习,阿肯色大学物理学家 Paul Thibado 同事用独立的石墨烯张开桨 - 单层碳原子。在2014年的研究中,该团队使用扫描隧道显微镜,发现石墨烯在室温下在海洋表面上的波浪时来回涟漪。实际上,这些涟漪提供了它们需要存在的稳定性的纸张。

该团队的能量收集电路采用石墨烯片,该石墨烯片在电极旁边的涟漪。当纸张从凹陷纹纹凸起到凸出的 - 交替地靠近并远离电极 - 该对表现为产生交流电的可变电容器。

在新的电路设计中,团队将该可变电容器与两个平行连接的两个相对的二极管组合。这为在每个方向上流动时为电流创建了两个单独的路径。以这种方式,其中一个路径可用于向上充电,该存储电容器可以稍后被清空以执行工作,例如在点亮灯泡时或供电类似的组件(参见视频)。

研究人员报告说,他们的双二极管系统用于提高电源:“我们还发现二极管的开关,交换机类似的行为实际放大了所传递的功率,而不是以前思考,而不是减少它,”解释了Thibado。 “二极管提供的阻力的变化率为电力增加了额外的因素。”

“共生”关系

但是,当布朗棘轮失败时,这个设置如何工作?研究人员解释说,成功在于石墨烯和电路如何共享“共生”关系。尽管电路允许热环境在负载电阻上工作,但电路和石墨烯也在相同的温度下运行,这意味着两者之间没有热量流动。

“这意味着第二种热力学法没有违反,也没有必要争辩说”麦克斯韦的恶魔“是分离炎热和寒冷的电子,” Thibado explained.

他指出,新设备的操作不是基于旧的刻录,即可以在这种电路中使用单个二极管以允许高能量电子在阻挡低能量时流动。这个想法被法国物理学家LéonBrillouin在20世纪50年代被驳回,因为它会导致二极管的一侧升温。这将导致从寒冷流动流动的颗粒,违反了热力学的第二律。

Rerouted Current.

“人们可能认为电流在电阻中流动导致它升温,但布朗电流没有。事实上,如果没有电流正在流动,电阻会冷却,“Thibado添加了。 “我们所做的是重新排出电路中的电流并将其转化为有用的东西。”

“基于石墨烯的能量收集电路可以融入芯片中,为小型设备或传感器提供清洁,无限,低压功率,”他增加。

通过初步研究完成,研究人员现在正在努力存储足够的DC电流,该电容器内的能量收集电路以供以后使用 - 这是需要电路小型化的目标及其在硅晶片上的图案化或图案化芯片。 Thibado表示,它是否可以证明可以复制一个平方毫米芯片上的电路数百万次,“这可能是电池更换”。

该研究在杂志中描述了 物理评论E..

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