استفاده از گرافن به عنوان منبع انرژی بی‌نهایت

محققان دانشگاه آرکانزاس به تازگی موفق شده‌اند که با استفاده از گرافن یک منبع انرژی تمام‌نشدنی تولید کنند.

کد خبر: ۱۸۵۸۹۷

تاریخ: ۰۳ آذر ۱۳۹۶ - ۱۰:۲۴

به گزارش ایران اکونومیست  به نقل از گیزمگ، با وجود کارکردهای متعدد گرافن در زمینه‌های مختلف محققان همچنان به دنبال استفاده بیشتر از قابلیت‌های این "آلوتروپ" کربن هستند.

گرافن یکی از اشکال مختلف عنصر کربن است که در آن اتم‌ها به صورت شبکه‌ای و متصل به هم قرار گرفته و یک ساختار دوبعدی به ضخامت یک اتم را تشکیل می‌دهند. گرافن توانایی منحصر بفردی در رسانایی الکتریسیته و گرما دارد.

نام یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است. متشکل از لانه زنبوری SP2 و همچنین گرافین نام یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است. متشکل از SP+SP2 هیبریدیزه شده؛ البته گرافین و گرافن را نباید با هم اشتباه گرفت. اما خواص آن‌ها آن قدر به هم مشابه‌هستند که به جای هم به کار می‌روند.

گرافن یک لایه کربن به ضخامت یک اتم است که قابلیت رسانایی آن بهتر از مس است و برای دستگاه‌های الکترونیکی بسیار کارآمد است.

در گرافیت (یکی دیگر از آلوتروپ‌هایِ کربن)، هر کدام از اتم‌هایِ چهارظرفیتیِ کربن، با سه پیوندِ کووالانسی به سه اتمِ کربنِ دیگر متصل شده‌اند و یک شبکه گسترده را تشکیل داده‌اند. این لایه خود بر رویِ لایه‌ای کاملا مشابه قرار گرفته‌ است و به این ترتیب، چهارمین الکترونِ ظرفیت نیز یک پیوندِ شیمیایی داده‌ است، اما پیوندِ این الکترونِ چهارم، از نوعِ پیوندِ واندروالسی است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌هایِ گرافیت به‌راحتی بر رویِ هم سُر می‌خورند و می‌توانند در نوکِ مداد به کار بروند. گرافین ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌هایِ گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترونِ پیوندیِ کربن، به عنوان الکترونِ آزاد باقی‌مانده‌است.

محققان دانشگاه آرکانزاس در تحقیقات خود به صورت تصادفی یکی از اتم‌های موجود در شبکه گرافن را تحریک می‌کردند که موجب تحریک کل شبکه و ایجاد جریان متناوبی شد که شدت جریان آن می‌تواند برای نیرودهی به یک ساعت مچی به صورت مداوم کافی باشد.

آنها در بررسی‌های خود متوجه شدند با توجه به حرکت براونی اتم‌ها در گرافن به محض تحریک یکی از اتم‌ها این انرژی در کل شبکه تکثیر می‌شود و این موضوع سبب می‌شود که کل شبکه مانند امواج دریا نوسان کند.

این حرکت نوسانی می‌تواند به عنوان یک منبع انرژی مورد استقاده قرار بگیرد.

نحوه استخراج انرژی الکتریکی از گرافن به این ترتیب است که گرافن را در بین دو الکترود فلزی قرار می‌دهند و پس از تحریک اتم‌ها، یک لبه صفحه گرافن موج گرفته و بالا می‌آید و صفحه مثبت را لمس می‌کند و مجددا به سمت معکوس حرکت کرده و صفحه منفی را تحریک کرده که با ادامه این روند جریان متناوب ایجاد می‌شود و با قرار دادن این مجموعه در مدار می‌توان از آن به عنوان منبع تغذیه استفاده کرد.

مطمئنا در ابعاد میکروسکوپی، انرژی تولید شده فوق‌العاده محدود است اما این موضوع کاملا نسبی است.

هر موج در منطقه‌ای به سطح 10 نانومتر مربع ایجاد می‌شود و وقتی با یکی از الکترودها تماس برقرار می‌کند 10 پیکووات برق تولید می‌کند که به اندازه یک جرقه کوچک است اما زمانی که ضخامت صفحات گرافن به 10 میکرون(10 هزار نانومتر) برسد میزان تولید انرژی به صورت نمایی افزایش می‌یابد.

در مجموع این صفحات گرافنی می‌توانند انرژی مورد نیاز یک ساعت مچی را تامین کنند و از نظر تئوری این انرژی هیچگاه به پایان نمی‌رسد.

با توجه به دستاورد محققان دانشگاه آرکانزاس پیش بینی‌ می‌شود به زودی گرافن به عنوان یکی از مطرح‌ترین رساناها در زمینه‌های مختلف از فیلترهای آبی گرفته تا کفش‌های ضد حرارت مورد استفاده قرار بگیرد.

اما مهمترین دستگاه‌هایی که با استفاده از این فناوری ساخته می‌شوند، دستگاه‌های حساسی هستند که در زمینه‌های مختلف نظیر حسگرهای زیستی و دستگاه‌های پوشیدنی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نتایج این تحقیقات در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.