EO

Circuit genereert eindeloos veel schone energie uit grafeen

07 oktober 2020 om 14:00 uur

Paul Thibado met het prototype van energieoogstende chips. Foto: Russell Cothren, Universiteit van Arkansas

Een team van natuurkundigen van de Universiteit van Arkansas heeft een circuit ontwikkeld dat de thermische beweging van grafeen kan vastleggen en omzetten in elektrische stroom.


De resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review E.

 

"Het zou in een chip kunnen worden ingebouwd om schone, grenzeloze laagspanningsstroom te leveren voor kleine apparaten of sensoren", zegt hoofdonderzoeker Paul Thibado.

 

De bevindingen zijn het bewijs van een theorie die de natuurkundigen drie jaar geleden ontwikkelden dat vrijstaand grafeen rimpelt en kromtrekt op een manier die veelbelovend is voor het oogsten van energie.

 

Het idee om energie te oogsten uit grafeen is controversieel omdat het de bekende bewering van natuurkundige Richard Feynman weerlegt dat de thermische beweging van atomen, bekend als Brownse beweging, niet kan werken. Het team van Thibado ontdekte dat de thermische beweging van grafeen bij kamertemperatuur in feite een wisselstroom (AC) induceert in een circuit, een prestatie die als onmogelijk werd beschouwd.

 

In de jaren vijftig publiceerde natuurkundige Léon Brillouin een historisch document waarin hij het idee weerlegde dat het toevoegen van een enkele diode aan een circuit de oplossing is om energie uit de Brownse beweging te halen. Dit wetende, bouwde de groep van Thibado hun circuit met twee diodes voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom (DC). Met de diodes tegenover elkaar waardoor de stroom in beide richtingen kan stromen, bieden ze afzonderlijke paden door het circuit en produceren ze een pulserende gelijkstroom die werk verricht op een belastingsweerstand.

 

Bovendien ontdekten ze dat hun ontwerp de hoeveelheid geleverde stroom verhoogde. "We ontdekten ook dat het aan-uit-schakelaargedrag van de diodes het geleverde vermogen in feite versterkt in plaats van het te verminderen, zoals eerder werd gedacht", aldus Thibado. "De snelheid waarmee de weerstand door de diodes verandert, voegt een extra factor toe aan het vermogen."

 

Het team gebruikte een relatief nieuw veld in de fysica om te bewijzen dat de diodes het vermogen van het circuit vergrootten. "We hebben geput uit het opkomende veld van de stochastische thermodynamica en de bijna eeuwenoude, gevierde theorie van Nyquist uitgebreid", aldus co-auteur Pradeep Kumar.

Volgens Kumar hebben het grafeen en het circuit een symbiotische relatie. Hoewel de thermische omgeving werk verricht aan de belastingsweerstand, hebben het grafeen en het circuit dezelfde temperatuur en stroomt er geen warmte tussen de twee.

 

Dat is een belangrijk onderscheid, zei Thibado, omdat een temperatuurverschil tussen het grafeen en het circuit, in een circuit dat stroom produceert, in tegenspraak zou zijn met de tweede wet van de thermodynamica. "Dit betekent dat de tweede wet van de thermodynamica niet wordt geschonden, en het is ook niet nodig om te beweren dat 'Maxwell's Demon' warme en koude elektronen scheidt," zei Thibado.

 

Lage frequenties

Het team ontdekte ook dat de relatief langzame beweging van grafeen stroom in het circuit induceert bij lage frequenties, wat belangrijk is vanuit een technologisch perspectief omdat elektronica efficiënter werkt bij lagere frequenties.

 

"Mensen denken misschien dat de stroom die in een weerstand vloeit, ervoor zorgt dat deze opwarmt, maar de Brownse stroom niet. In feite, als er geen stroom vloeide, zou de weerstand afkoelen", legt Thibado uit. "Wat we deden was de stroom in het circuit omleiden en omzetten in iets nuttigs."

 

Batterij met laag vermogen

Het volgende doel van het team is om te bepalen of de gelijkstroom kan worden opgeslagen in een condensator voor later gebruik, een doel waarvoor het circuit moet worden geminiaturiseerd en op een siliciumwafer of chip moet worden aangebracht. Als miljoenen van deze kleine schakelingen zouden kunnen worden gebouwd op een chip van 1 millimeter bij 1 millimeter, zouden ze kunnen dienen als vervanging van een batterij met een laag vermogen. 

 

Gerelateerd nieuws

Nieuw motorconcept kan vliegtuiguitstoot met 20 tot 50% verminderen

Nieuw motorconcept kan vliegtuiguitstoot met 20 tot 50% verminderen

Onderzoekers van de TU Delft gaan - samen met partners Safran Group, Airbus en Rotterdam The Hague Innovation Airport ] - werken aan een geavanceerde ‘Advanced Propulsion and Power Unit’ (Appu) voor vliegtuigen van…

Nieuwe stap in ontwikkeling goedkope, printbare sensoren

Nieuwe stap in ontwikkeling goedkope, printbare sensoren

Onderzoekers van UHasselt, Swansea University en de Universiteit van Dresden hebben stappen gezet in de ontwikkeling van infraroodsensoren uit goedkope, printbare elektronica. “Onze sensoren bestaan uit organische…

Jaguar gebruikt ruimtevaarttechnologie voor ontwikkeling lichtgewicht voertuigen

Jaguar gebruikt ruimtevaarttechnologie voor ontwikkeling lichtgewicht voertuigen

Jaguar Land Rover neemt deel aan een onderzoek naar de geschiktheid van geavanceerde, lichtgewicht metalen en composieten voor toepassing in toekomstige voertuigen. Als onderdeel van een tweejarig project gebruikt het…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Veilige Laserscanner PSENscan | Nu ook verticaal te gebruiken

De veiligheids- laserscanner PSENscan is nu ook geschikt voor het beveiligen van de gebieden die verticale toepassingen...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

2 november 2020, online

Hoppenbrouwers 'Leren & Werken event'

Event over de kansen en opleidingsmogelijkheden binnen het technische installatiebedrijf Hoppenbrouwers.

3 november 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

3, 4, 10, 11 november 2020

5 november 2020, online

EMVT Kennisdag

Toepassers en ontwikkelaars op het gebied van vermogenselektronica en elektromagnetisme delen hun kennis...

Meer agendapunten »