Исследования графена как источника энергии развиваются, а его применение в энергетических системах становится более определенным.
Учёные компании Neutrino Deutschland GmbH под руководством Хольгера Торстена Шубарта подтвердили способность графена генерировать электрический ток при воздействии нейтрино и других излучений. Это открытие позволило им создать инновационный источник постоянного тока — Neutrinovoltaic.
Графен, двухмерный материал из атомов углерода, устроенного в единичную плёнку, оказывается невозможен в плоскости.
Для самостоятельного существования графен должен вести себя как трехмерный материал, обеспечивая необходимую стабильность. Оказалось, что «лазейкой» является смещение подвижных атомов, приносящее графену свойства третьего измерения. Иными словами, графен никогда не был 100% плоским — он вибрировал на атомном уровне, чтобы его соединения не подвергались спонтанному распаду. Группа физиков Манчестерского университета под руководством Пола Тибадо доказала, что дело в так называемых «полетах Леви» — шаблонах небольших случайных колебаний, сочетающихся с внезапными, резкими сдвигами. В атомном масштабе физики увидели их впервые. Измеряя скорость и масштаб этих графеновых волн, Тибадо предположил, что их можно использовать для извлечения энергии из окружающей среды.
Электроды, размещённые с обеих сторон секции графена, создали миниатюрный генератор. Рассчёты показывают, что графен площадью 10х10 микрон вырабатывает 10 микроватт. Такой показатель не подходит для практического применения. Тем не менее, учёные из Манчестерского университета зарегистрировали и подтвердили возможность получения электрического тока на единичном слое графена.
Учёные немецкой компании Neutrino Deutschland GmbH под руководством математика, доктора эк. наук Holger Thorsten Schubart, впервые заявили и технологически обосновали теоретические и опытные данные о свойствах графена и принципах изготовления устройств для получения электрического тока. Эта технология получила название Neutrinovoltaic. Компания значительно превзошла всех других исследователей в применении полученных знаний и закрепила приоритет, получив патент № EP3265850A1 на создание многослойного наноматериала из чередующихся слоёв графена и кремния с добавлением легирующих элементов. Материал наносится на металлическую фольгу и преобразует энергию нейтрино и других частиц излучений в электроэнергию.
Технология Neutrinovoltaic, разработанная Holger Thorsten Schubart и международной командой специалистов компании, основана на использовании сверхтонких слоев графена для создания резонанса от проходящих излучений искусственного и естественного происхождения, включая космические нейтрино. Кинетическая энергия частиц преобразуется в электрический ток. Для достижения эффекта на подложку из металлической фольги наносится несколько слоев графена и легированного кремния. Прохождение излучений через комбинацию кремния и графена запускает гармонический резонансный процесс, регистрируемый электрическим преобразовательным устройством. Покрытая сторона металлического носителя является положительным полюсом, а непокрытая — отрицательным. Многослойное покрытие обеспечивает большую энергию с единицы площади, что важно для создания промышленных электрогенерирующих изделий.
Такое устройство дает возможность изготавливать компактные источники тока с различными мощностными характеристиками и размерами. Его можно использовать для электроснабжения домовладений и размещать внутри корпусов практически всех устройств, нуждающихся в электропитании, включая корпуса электромобилей. Несколько листов фольги с нанесенным инновационным наноматериалом, расположенных друг над другом, как пачка бумаги, составляют энергетическую ячейку.
При помощи соединения нескольких энергетических ячеек создается источник постоянного тока необходимых габаритов и мощностных характеристик. Источник постоянного тока размером «с дипломат» имеет выходную мощность от 4,5 до 5,5 кВт/час.
В течение последних пяти лет вышло несколько научных работ, изучающих взаимодействие нейтрино с веществом. Исследователи обращают внимание на роль энергии нейтрино в процессе электрогенерации. Neutrinovoltaic технологииПоследняя опубликованная информация экспериментов COHERENT в лаборатории Ок-Ридж (США) показала, что нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. Исследователи обнаружили и проанализировали когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах. Это долгожданное подтверждение Стандартной модели физики частиц оценивает процесс достаточно точно, чтобы установить ограничения на альтернативные теоретические модели.
Взаимодействие нейтрино с веществом провоцирует колебания атомов графена, формирующие «графеновые волны». При соприкосновении с кремнием эти волны высвобождают электроны и порождают электрический ток. Любое нейтрино с массой может взаимодействовать с веществом. Нейтрино обладают массой и соответственно энергией согласно формуле E=mc² — уравнению, связывающему энергию (E) любой формы и массу (m).
Немецкие учёные провели глубокое исследование теоретических основ нейтриновolt-технологии и примеров её использования. Neutrino Deutschland GmbH и подробно изложены в различных публикациях.
Исследования мировых научных центров показали перспективность графена для создания экологически чистых источников постоянного тока и распределённой системы электроснабжения, не нуждающейся в централизованном источнике питания. Компания Neutrino Deutschland GmbH совершила первый успешный шаг в этом направлении, продемонстрировав возможность преобразования энергии полей излучений в постоянный ток. Уникальные свойства графена и прогрессивное развитие науки делают это возможным.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.