Amerikas Savienoto Valstu fiziķi nejauši atklāja, ka grafēns var radīt enerģiju, izmantojot vidi, un tuvākajā nākotnē kļūs par jaunu vārdu enerģētikā un bionikā.
Grafēna esamība dabā ir parādība, kas kļuva iespējama sakarā ar to, ka zinātnieki atrada “nepilnību” fizikas likumos un piespieda nepārtrauktu divdimensiju atomu audekls izturēties kā trīsdimensiju materiāls. Arvien vairāk jaunu pētījumu atklāj šī materiāla noderīgus pielietojumus, un prognozes izklausās ļoti iepriecinoši: izrādījās, ka grafēnu var izmantot, lai iegūtu gandrīz bezgalīgu enerģijas daudzumu!
Nejaušs atklājums
Fizikāņu komanda, kuru vadīja Arkanzasas universitātes pētnieki, atklājumu veica nejauši. Sākotnējais viņu testēšanas mērķis bija izpētīt grafēna vibrāciju - bet priekš kam?
Mēs visi esam pazīstami ar graudaino grafītu, ko parasti izmanto kopā ar keramikas komponentiem, lai izveidotu zīmuļa vārpstu. Melnā sloksne, kas paliek pēc tam, kad zīmuļa svins iet pāri papīram, patiesībā ir plānas oglekļa atomu loksnes, kas viegli slīd viena virs otras. Daudzus gadus fiziķi ir domājuši: vai ir iespējams izolēt šādu loksni un padarīt to par neatkarīgu divdimensiju plakni?
Mančesteras universitātes fiziķiem 2004. gadā tas izdevās. Lai oglekļa atomu loksnēm eksistētu atsevišķi viena no otras, tām jādarbojas kā trīsdimensiju materiālam, lai nodrošinātu nepieciešamo stabilitāti. Izrādījās, ka "nepilnība" šajā gadījumā ir mobilo atomu pārvietošana, kas grafenam piešķir trešās dimensijas īpašības. Citiem vārdiem sakot, grafēns nekad nebija 100% plakans - tas vibrēja atomu līmenī, lai tā saites spontāni nesadalītos.
Tieši fiziķis Pols Tibado nesen vadīja maģistrantu grupu un veica ļoti vienkāršu pētījumu, lai izmērītu šīs pārvietošanas un vibrācijas līmeni. Zinātnieki uz īpaša grafiskā tīkla ielika grafēna loksnes un ar mikroskopa palīdzību novēroja atomu stāvokļa izmaiņas. Tomēr skaitļi kaut kādu iemeslu dēļ neatbilda gaidītajam modelim. Turklāt dati dažādos pētījumos bija dažādi.
Reklāmas video:
Grafēns kā enerģijas avots
Thibado nolēma eksperimentu veikt citā virzienā, mēģinot atrast piemērotu veidni un mainot veidu, kā viņš analizēja datus. Pētnieki ir sadalījuši katru mērīšanas laikā uzņemto attēlu apakšattēlos. Stratēģija izrādījās pareiza: liela mēroga attēls neļāva izpētīt atomu kustības likumus, bet tā rezultātu analīze rezultātā ļāva uzzināt kaut ko interesantu. Tika pieņemts, ka grafēna loksnes pārvietojas pēc tāda paša principa kā saliektas metāla loksnes - bet šis pieņēmums izrādījās nepatiess.
Izrādījās, ka viss punkts ir tā saucamajos "maksas lidojumos" - mazu izlases svārstību modeļos, kas apvienoti ar pēkšņām, asām pārmaiņām. Šādas sistēmas iepriekš tika novērotas bioloģiskajās un klimatiskajās sistēmās, bet fiziķi tās pirmo reizi ir redzējušas atomu mērogā. Izmērot šo grafēna viļņu ātrumu un mērogu, Thibado ierosināja, ka tos varētu izmantot enerģijas iegūšanai no apkārtējās vides.
Kamēr vides temperatūra neļaus grafēna atomu "ērtai" kustībai viens pret otru, tie turpinās pulsēt un saliekties. Novietojiet elektrodus katrā grafēna sekcijas pusē, un jums ir niecīgs ģenerators. Saskaņā ar aprēķiniem grafēna 10x10 mikronu grafam ir 10 mikrovatu jauda. Ņemot vērā to, ka tapas galvai var ietilpt pat 20 000 no šiem laukumiem, šāds “spēka tornis” neizskatās ļoti iespaidīgi, vai ne? Tomēr šī jauda istabas temperatūrā būs pietiekama, lai nodrošinātu enerģiju kādam nelielam sīkrīkam - piemēram, rokas pulkstenim. Interesanti ir arī tas, ka nākotnē šāda enerģijas iegūšanas metode var radīt bioimplantus, kuriem nevajadzēs lielgabarīta baterijas.
Secinājums
Čibado šobrīd sadarbojas ar zinātniekiem ASV Jūras pētniecības laboratorijā, lai noskaidrotu, vai šai stratēģijai ir nākotne. Varbūt tieši grafēns kļūs par “nākotnes enerģijas” avotu, kas tuvākajā nākotnē ļaus tehnoloģijām veikt nozīmīgu izrāvienu.
Vasilijs Makarovs