청정 전력 혁신: 그래핀을 사용한 "불가능한" 에너지 생성이 세기에 도전

한 연구팀은 부분적으로 그래핀의 독특한 특성 덕분에 무작위적인 열 변동에서는 유용한 작업을 얻을 수 없다는 현대 물리학의 오랜 교리를 반증하는 데 성공했다고 보고했습니다.

스코틀랜드 과학자 로버트 브라운(Robert Brown)이 발견하여 브라운 운동(Brownian Motion)이라고도 알려진 유체 내 입자의 미세한 운동은 오랫동안 유용한 작업을 생성하는 불가능한 수단으로 간주되어 왔습니다.

이 아이디어는 수십 년 전에 가장 유명하게도 물리학자 Richard Feynman이 1962년 5월 Brownian 래칫이라고 불리는 겉보기 영구 운동 기계와 관련된 사고 실험을 제안했습니다.

이론적으로 이 장치는 열탕에 담그면 진동하여 한 방향으로만 움직일 수 있는 기어와 래칫으로 구성됩니다. 전제는 열 구배가 없을 때 단방향 운동이 힘을 생성하여 열역학 제2법칙을 무시하는 것처럼 보인다는 것입니다. 그러나 파인만은 기계의 구성요소도 브라운 운동을 겪게 되므로 기계가 작동하는 방식에 필연적으로 결함이 생겨 기계가 생성할 수 있는 유용한 작업이 취소될 것이라고 주장했습니다.

이제 아칸소 대학교 물리학과 연구팀은 자립 그래핀의 열 변동이 실제로 유용한 작업을 생성할 수 있는 새로운 방법의 일부로 사용될 수 있음을 입증했으며 100년 이상의 기존 방식을 뒤집을 수 있다고 주장합니다. 현대 물리학에서 생각하다

그래핀은 원자 한 개 두께의 흑연 시트로 구성된 풀러렌입니다. 자립형 그래핀이 가지고 있는 파문 구조로 인해 주변 온도에 반응하는 독특한 동작으로 인해 팀의 연구에 사용하기에 이상적이었습니다.

그들의 발견을 설명하는 논문에서 팀은 이론적으로 에너지 저장 회로에 결합되는 "브라운 입자로서의 그래핀 리플"을 고려합니다. 회로와 브라운 입자가 일정한 온도로 유지되면 열역학 제2법칙에 따라 입자에서 에너지가 생성될 수 없습니다. 이는 정류 다이오드가 회로에 도입된 경우에도 마찬가지입니다.

"그러나 회로에 두 개의 다이오드가 반대 방향으로 연결된 접합이 포함되어 있으면 평형에 대한 접근이 매우 느려질 수 있습니다."라고 논문의 저자는 설명합니다. 보다 구체적으로 말하면, 저장 커패시터를 충전하는 한 쌍의 다이오드 사이에 전류가 흐르면서 이들 요소 사이의 균형이 일시적으로 중단됩니다.

"각 커패시터에 의해 수집된 에너지는 다이오드의 열탕에서 나옵니다. 반면 시스템은 열역학 제1법칙과 제2법칙을 따릅니다."라고 논문의 저자는 설명합니다. 따라서, 열역학 법칙을 거스르는 것은 없지만, 그럼에도 불구하고 브라운 운동으로부터 유용한 작업이 생성됩니다. 이는 파인만의 수십 년 된 주장에 반항하는 것입니다.

연구 과정에서 아칸소 대학교 물리학 교수인 폴 티바도(Paul Thibado)가 이끄는 팀은 더 큰 축전기가 더 많은 저장 전하를 생성하지만 더 작은 그래핀 기반 축전기를 사용하면 초기에 더 높은 충전 속도를 제공할 뿐만 아니라 1시간이 지나면 방전된다는 사실을 발견했습니다. 더 긴 기간 - 이러한 방식으로 그래핀 커패시턴스를 사용하면 순 전하가 손실되기 전에 에너지를 수확하는 데 사용되는 회로에서 저장 커패시터를 분리할 수 있기 때문에 중요한 요소입니다.

The Debrief에 보낸 이메일에서 Thibado는 그와 그의 동료들이 발견한 새로운 힘의 원천이 물리학자들을 오랫동안 당황하게 만들었던 편미분 방정식을 풀려는 초기 시도 동안 1960년대 연구자들이 직면한 한계 때문에 오랫동안 물리학자들을 피할 수 있었다고 설명했습니다. .

Thibado는 “우리는 FPE(Fokker-Planck 방정식)를 풀어 이 새로운 힘의 원천을 찾았습니다.”라고 말했습니다.

1960년대 파인만이 유용한 작업을 생성하기 위해 브라운 운동을 사용하는 것에 대한 주장을 발표한 것과 거의 동시에 과학자들은 포커-플랑크 방정식을 풀기 위한 최초의 시도도 했습니다.