USA füüsikud avastasid juhuslikult, et grafeen võib keskkonda kasutades energiat genereerida ja sellest saab lähitulevikus uus sõna energias ja bioonikas.
Grafeeni olemasolu looduses on nähtus, mis sai võimalikuks tänu sellele, et teadlased leidsid füüsikaseadustest "lünga" ja sundisid pidevat kahemõõtmelist aatomilõuendit käituma nagu kolmemõõtmeline materjal. Üha enam uusi uuringuid paljastab selle materjali kasulikke rakendusi ja ennustused kõlavad väga julgustavalt: selgus, et grafeeni saab kasutada peaaegu lõpmatu energia saamiseks!
Juhuslik avastus
Arkansase ülikooli teadlaste juhitud füüsikute meeskond tegi avastuse kogemata. Nende katsetamise algne eesmärk oli uurida grafeeni vibratsiooni - aga milleks?
Me kõik oleme tuttavad teralise grafiidiga, mida tavaliselt kasutatakse koos keraamiliste komponentidega pliiatsi võlli loomiseks. Must pliiats, mis jääb pärast pliiatsi plii voolamist üle paberi, on tegelikult õhukesed süsinikuaatomite lehed, mis libisevad hõlpsalt üksteise kohal. Füüsikud on paljude aastate jooksul mõelnud: kas on võimalik sellist lehte isoleerida ja muuta see iseseisvaks kahemõõtmeliseks tasapinnaks?
2004. aastal õnnestus see Manchesteri ülikooli füüsikutel. Üksteisest eraldi eksisteerimiseks peavad süsinikuaatomite lehed vajaliku stabiilsuse tagamiseks käituma nagu kolmemõõtmeline materjal. Selgus, et "lünk" on antud juhul liikuvate aatomite nihkumine, mis annab grafeenile kolmanda mõõtme omadused. Teisisõnu, grafeen ei olnud kunagi 100% tasane - see vibreeris aatomi tasemel, nii et selle sidemed ei lagune spontaanselt.
Selle nihke ja vibratsiooni taseme mõõtmiseks juhatas füüsik Paul Tibado hiljuti rühma kraadiõppureid ja tegi nendega väga lihtsa uuringu. Teadlased panid grafeenilehed spetsiaalsele vaskvõrgule ja vaatasid mikroskoobiga aatomite positsioonide muutusi. Kuid mingil põhjusel ei vastanud numbrid oodatud mudelile. Pealegi varieerusid andmed uuringutest uuringutesse.
Reklaamvideo:
Grafeen kui energiaallikas
Thibado otsustas katse võtta teises suunas, püüdes leida sobivat malli ja muutes andmete analüüsimise viisi. Teadlased jagasid iga mõõtmise ajal tehtud pildi alampiltideks. Strateegia osutus korrektseks: suuremahuline pilt ei võimaldanud aatomite liikumisseadusi uurida, kuid selle tulemuste analüüs võimaldas leida midagi huvitavat. Eeldati, et grafeenilehed liikusid samal põhimõttel nagu painutatud metalllehed -, kuid see eeldus osutus valeks.
Selgus, et kogu mõte on niinimetatud "tasulistel lendudel" - väikeste juhuslike kõikumiste mustrid koos järskude järskude nihketega. Selliseid süsteeme täheldati varem bioloogilistes ja klimaatilistes süsteemides, kuid füüsikud on neid esimest korda näinud aatomi skaalal. Mõõtes nende grafeenilainete kiirust ja ulatust, pakkus Thibado välja, et neid saaks kasutada energia eraldamiseks keskkonnast.
Kuni keskkonna temperatuur takistab grafeeniaatomite "mugavat" liikumist üksteise suhtes, jätkavad nad pulseerimist ja painutamist. Asetage elektroodid selle grafeeni sektsiooni mõlemale küljele ja teil on pisike generaator. Arvutuste kohaselt on grafeeni 10x10 mikronise graafi võimsus 10 mikrosekundit. Arvestades, et tihvti pea mahub nendesse väljakutesse koguni 20 000, ei tundu selline "jõumaja" eriti muljetavaldav, eks? Sellest toatemperatuuril tarbitavast võimsusest piisab aga mõnele väikesele vidinale - näiteks käekellale - energia andmiseks. Huvitav on ka see, et tulevikus võib selline energia saamise viis luua bioimplantaate, mis ei vaja mahukaid patareisid.
Järeldus
Chibado teeb praegu koostööd USA mereväe uurimislabori teadlastega, et näha, kas sellel strateegial on tulevikku. Võib-olla saab grafeen "tuleviku energia" allikaks, mis võimaldab tehnoloogiatel lähitulevikus olulist läbimurret teha.
Vassili Makarov
