研究职员创造了一种利用石墨烯从环境热量中获取能量的方法，推翻了长期建立的物理理论。这一打破具有广阔的商业潜力，特殊是对付无线传感器而言。
这一创造颠覆了一个多世纪以来的物理学正统不雅观念，创造了一种可以利用石墨烯从环境热量中提取的新能源形式。
从热平衡系统的随机颠簸中得到有用功长期以来被认为是不可能的。事实上，美国著名物理学家理查德·费曼在 20 世纪 60 年代在一系列讲座中指出布朗运动（即原子的热运动）无法做有用的功后，有效地阻挡了进一步的研究。
然而，费曼错过了一些主要的事情， 《物理评论 E》杂志上揭橥的一项题为“利用二极管通过热颠簸对电容器充电”的新研究证明了这一点。
该论文的五位作者中有三位来自阿肯色大学物理系。根据第一作者 Paul Thibado 的说法，他们的研究严格证明，当独立式石墨烯连接到具有非线性电阻和存储电容器的二极管的电路时，独立式石墨烯的热颠簸确实会通过对存储电容器充电来产生有用的功。
演示新创造的二极管产生的非线性热电流。电流的紧张功能是抵消常规电流以知足热力学第二定律。然而，这两个电流浸染于不同的韶光尺度，从而许可存储电容器产生临时的净电荷，可以网络和存储该净电荷。图片来源：本·古德温
支持这一创造的履历证据科学家们创造，当存储电容器的初始电荷为零时，电路会从热心况中汲取电力来为其充电。研究小组随后证明，该系统在全体充电过程中知足热力学第一定律和第二定律。他们还创造，较大的存储电容器会产生更多的存储电荷，而较小的石墨烯电容可供应更高的初始充电速率和更长的放电韶光。这些特性很主要，由于它们许可在净电荷丢失之前有韶光将存储电容器与能量网络电路断开。
这份最新出版物建立在该小组之前的两项研究的根本上。第一篇揭橥在 2016 年《物理评论快报》上题为“独立式石墨烯膜的非常动态行为”的文章中。在这项研究中，蒂巴多和他的合著者创造了石墨烯独特的振动特性及其能量网络的潜力。第二篇文章揭橥在 2020 年《物理评论 E》上，题为“独立石墨烯产生的颠簸感应电流”，个中谈论了一种利用石墨烯的电路，该电路可以为小型设备或传感器供应清洁、无限的电力。
这项最新研究取得了进一步进展，通过数学方法建立了一种电路设计，能够从地球的热量中网络能量并将其存储在电容器中以供往后利用。
“理论上，这便是我们想要证明的，”蒂巴多阐明道。“有一些众所周知的能源，例如动能、太阳能、环境辐射、声学和热梯度。现在还有非线性热功率。常日，人们认为火力发电须要温度梯度。这当然是实际权力的主要来源，但我们创造的是一种以前从未存在过的新权力来源。这种新能量不须要两种不同的温度，由于它存在于单一温度下。”
除蒂巴多外，合著者还包括普拉迪普·库马尔、约翰·诺伊、苏伦德拉·辛格和路易斯·博尼拉。库马尔和辛格也是阿肯色大学的物理学教授，诺伊是加州大学伯克利分校的物理学教授，博尼拉是马德里卡洛斯三世大学的物理学教授。
十年的探究这项研究代表了蒂巴多十多年来一贯在研究的问题的办理方案，当时他和库马尔首次在原子水平上追踪了独立式石墨烯波纹的动态运动。石墨烯于 2004 年被创造，是一种单原子厚度的石墨片。两人不雅观察到独立式石墨烯具有波纹构造，每个波纹都会根据环境温度高下翻转。
“东西越薄，就越灵巧，”蒂巴多说。“而且只有一个原子厚，没有什么比它更灵巧的了。它就像一个蹦床，不断地高下移动。如果你想阻挡它移动，你必须将其冷却到 20 开尔文。”
他目前在开拓这项技能方面的努力紧张集中在构建一种他称之为石墨烯能量采集器（或 GEH）的设备。GEH 利用悬浮在两个金属电极之间的带负电的石墨烯片。当石墨烯翻转时，它会在顶部电极中感应出正电荷。当它向下翻转时，它会给底部电极充电，产生互换电。通过反向连接的二极管，许可电流双向流动，在电路中供应单独的路径，产生对负载电阻器进行事情的脉冲直流电流。
商业运用NTS Innovations是一家专门从事纳米技能的公司，拥有将 GEH 开拓成商业产品的独家容许。由于 GEH 电路非常小，尺寸仅为纳米，因此非常适宜在硅芯片上进行大规模复制。当多个 GEH 电路以阵列形式嵌入芯片上时，可以产生更多的功率。它们还可以在许多环境中运行，这使得它们对付改换电池未便利或昂贵的地方（例如地下管道系统或飞机内部电缆管道）的无线传感器特殊有吸引力。
NTS Innovations 创始人兼首席实行官 Donald Meyer 在谈到 Thibado 的最新努力时表示：“Paul 的研究增强了我们的信念，即我们正走在石墨烯能量网络的精确道路上。我们感谢与阿肯色大学的互助，将这项技能推向市场。”
NTS Innovations 发卖和营销副总裁 Ryan McCoy 补充道：“电子行业对缩小形状尺寸并减少对电池和有线电源的依赖有着广泛的需求。我们相信石墨烯能量网络将对两者产生深远的影响。”
在谈到取得最新理论打破的漫远程径时，蒂巴多说：“总是存在这样一个问题：‘如果我们的石墨烯设备处于非常安静、非常阴郁的环境中，它是否会网络任何能量？’ 传统的答案是否定的，由于它显然违反了物理定律。但物理学从未被仔细研究过。我认为由于费曼，人们有点害怕这个话题。以是，每个人都说，“我不会碰那个。” 但这个问题一贯在引起我们的把稳。诚笃说，只有通过我们独特团队的坚持不懈和多样化的方法才能找到办理方案。”
