原型能量收集筹码图片
Paul Thibado持有原型能量收集芯片((罗素·科特里恩摄)

阿肯色大学物理学家团队成功开发了一种能够捕获石墨烯热运动并将其转化为电流的电路。

“基于石墨烯的能量收获电路可并入到一个芯片,用于小型设备或传感器提供清洁,无限的,低电压功率,”保Thibado,物理学教授和首席研究员在发现所述。

这一发现证明了物理学家在三年前在阿肯色大学开发的一个理论,即独立的石墨烯——单层碳原子——以能量收集的方式脉动和扣扣。

收获能量从石墨烯的想法是有争议的,因为它驳斥物理学家理查德·费曼的著名断言,原子的热运动,被称为布朗运动,不能做的工作。Thibado的研究小组发现在室温下的石墨烯事实上确实诱导的电路的交流电流(AC)的热运动,一个成就认为是不可能的。

20世纪50年代,物理学家勒昂·布里渊(Léon Brillouin)发表了一篇具有里程碑意义的论文,驳斥了在电路中添加一个二极管(单向电门)是从布朗运动中获取能量的解决方案的观点。知道了这一点,Thibado的团队用两个二极管构建了他们的电路,用于将交流转换为直流电(DC)。由于二极管相反,允许电流双向流动,它们在电路中提供单独的路径,产生脉冲直流电流,对负载电阻器起作用。

此外,他们还发现,他们的设计增加了输出功率。”Thibado说:“我们还发现,二极管的开关行为实际上放大了输出功率,而不是像以前认为的那样降低输出功率。”二极管提供的电阻变化率为功率增加了一个额外因素。”

研究小组用物理学的一个较新的领域证明二极管提高了电路的功率。在证明这力量的增强,团队随机热力学射场吸引和扩大奈奎斯特的近百年历史,著名的理论。

研究人员称,石墨烯和电路具有共生关系。尽管热环境对负载电阻器起作用,但石墨烯和电路的温度相同,热量不会在两者之间流动。

Thibado说,这是一个重要的区别,因为在一个产生能量的电路中,石墨烯和电路之间的温差会违反热力学第二定律。”这意味着没有违反热力学第二定律,也没有必要争辩“麦克斯韦恶魔”正在分离热电子和冷电子,”Thibado说。

研究小组还发现,石墨烯相对缓慢的运动会在电路中产生低频电流,这从技术角度来看很重要,因为电子器件在低频下工作效率更高。

人们可能会认为,流过电阻器的电流会使电阻器发热,但布朗电流不会。事实上,如果没有电流流动,电阻器就会冷却下来我们所做的是改变电路中的电流路线,并将其转换成有用的东西。”

该团队的下一个目标是确定直流电流是否可以储存在电容器中以备日后使用,这一目标要求电路小型化并在硅片上形成图案。如果数百万这样的微型电路可以构建在一个1毫米乘1毫米的芯片上,那么它们就可以作为低功耗电池的替代品。

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