Physiker aus den USA haben versehentlich entdeckt, dass Graphen unter Verwendung der Umwelt Energie erzeugen kann und in naher Zukunft ein neues Wort in Energie und Bionik werden wird.
Die Existenz von Graphen in der Natur ist ein Phänomen, das aufgrund der Tatsache möglich wurde, dass Wissenschaftler eine "Lücke" in den Gesetzen der Physik fanden und eine kontinuierliche zweidimensionale atomare Leinwand dazu zwangen, sich wie ein dreidimensionales Material zu verhalten. Immer mehr neue Studien enthüllen nützliche Anwendungen dieses Materials, und die Vorhersagen klingen sehr ermutigend: Es stellte sich heraus, dass Graphen verwendet werden kann, um eine nahezu unendliche Menge an Energie zu erhalten!
Versehentliche Entdeckung
Ein Team von Physikern unter der Leitung von Forschern der Universität von Arkansas machte die Entdeckung zufällig. Der ursprüngliche Zweck ihrer Tests bestand darin, die Schwingung von Graphen zu untersuchen - aber wofür?
Wir alle kennen körnigen Graphit, der üblicherweise in Verbindung mit Keramikkomponenten zur Herstellung eines Bleistiftschafts verwendet wird. Der schwarze Streifen, der verbleibt, nachdem die Bleistiftmine über das Papier gelaufen ist, besteht aus dünnen Schichten von Kohlenstoffatomen, die leicht übereinander gleiten. Seit vielen Jahren fragen sich Physiker: Ist es möglich, ein solches Blatt zu isolieren und es zu einer unabhängigen zweidimensionalen Ebene zu machen?
Im Jahr 2004 gelang es Physikern der Universität von Manchester. Um getrennt voneinander zu existieren, müssen sich Kohlenstoffatomblätter wie ein dreidimensionales Material verhalten, um die erforderliche Stabilität zu gewährleisten. Es stellte sich heraus, dass die "Lücke" in diesem Fall die Verschiebung mobiler Atome ist, die Graphen die Eigenschaften der dritten Dimension verleiht. Mit anderen Worten, Graphen war nie zu 100% flach - es vibrierte auf atomarer Ebene, damit seine Bindungen nicht spontan zerfallen.
Um das Ausmaß dieser Verschiebung und Vibration zu messen, leitete der Physiker Paul Tibado kürzlich eine Gruppe von Doktoranden und führte mit ihnen ein sehr einfaches Studium durch. Wissenschaftler legten Graphenschichten auf ein spezielles Kupfernetz und beobachteten mit einem Mikroskop Veränderungen der Atompositionen. Die Zahlen entsprachen jedoch aus irgendeinem Grund nicht dem erwarteten Modell. Darüber hinaus variierten die Daten von Versuch zu Versuch.
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Graphen als Energiequelle
Thibado beschloss, das Experiment in eine andere Richtung zu lenken, eine geeignete Vorlage zu finden und die Art und Weise zu ändern, wie er die Daten analysierte. Die Forscher haben jedes Bild, das während der Messung aufgenommen wurde, in Teilbilder unterteilt. Die Strategie erwies sich als richtig: Das großräumige Bild erlaubte es nicht, die Bewegungsgesetze von Atomen zu untersuchen, aber die Analyse ihrer Einzelheiten ermöglichte es, etwas Interessantes herauszufinden. Es wurde angenommen, dass sich die Graphenplatten nach dem gleichen Prinzip wie gebogene Metallplatten bewegten - aber diese Annahme stellte sich als falsch heraus.
Es stellte sich heraus, dass der springende Punkt bei den sogenannten "Levy-Flügen" liegt - Muster kleiner zufälliger Schwankungen, kombiniert mit plötzlichen, scharfen Verschiebungen. Solche Systeme wurden früher in biologischen und klimatischen Systemen beobachtet, aber Physiker haben sie zum ersten Mal auf atomarer Ebene gesehen. Durch die Messung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes dieser Graphenwellen schlug Thibado vor, sie zur Energiegewinnung aus der Umwelt zu verwenden.
Solange die Umgebungstemperatur die "angenehme" Bewegung der Graphenatome relativ zueinander verhindert, pulsieren und biegen sie weiter. Platzieren Sie Elektroden auf beiden Seiten eines Abschnitts dieses Graphens und Sie haben einen winzigen Generator. Berechnungen zufolge hat ein 10 x 10 Mikron-Graph von Graphen eine Leistung von 10 Mikrowatt. Wenn man bedenkt, dass der Kopf einer Stecknadel bis zu 20.000 dieser Quadrate aufnehmen kann, sieht ein solches "Kraftpaket" nicht sehr beeindruckend aus, oder? Diese Leistung bei Raumtemperatur reicht jedoch aus, um ein kleines Gerät mit Energie zu versorgen - beispielsweise eine Armbanduhr. Interessant ist auch, dass eine solche Methode zur Energiegewinnung in Zukunft zur Schaffung von Bioimplantaten führen kann, für die keine sperrigen Batterien erforderlich sind.
Fazit
Chibado arbeitet derzeit mit Wissenschaftlern des US Naval Research Laboratory zusammen, um herauszufinden, ob diese Strategie eine Zukunft hat. Vielleicht wird Graphen zur Quelle der "Energie der Zukunft", die es den Technologien ermöglicht, in naher Zukunft einen bedeutenden Durchbruch zu erzielen.
Wassili Makarow