В сознании людей понятие «альтернативная энергетика» в основном связывают с солнечной энергией и ветрогенерацией, полагая, что оно связано лишь с солнечным излучением. Однако мало кто задумывается о том, что солнечный свет имеет разный спектр. Человечество научилось получать электроэнергию из солнечного света (видимого спектра излучения — волны с длиной от 400 до 800 нм), применяя фотовольтаику.
Почему не использовать излучение невидимого спектра для получения энергии? Теория Максвелла объясняет возникновение электромагнитных волн ускоренным движением электрических зарядов. По этой причине электромагнитные поля невидимого излучения привлекают учёных для практического применения, в частности, для создания электрического тока. Это задача не из лёгких, так как нужен материал, способный переводить энергию электромагнитных полей в электрический ток.
За последние десять лет ученые изучали методы сбора и преобразования окружающей энергии в электрическую. На сегодняшний день обнаружен наноматериал и получены первые результаты генерации электроэнергии от электромагнитных излучений. Речь идет о графене и особенностях колебаний его атомов при гексагональной кристаллической решетке, которые происходят в трехмерном пространстве как «графеновые волны» и наблюдаются под микроскопом с высоким разрешением. Сила электромагнитных полей напрямую влияет на величину и амплитуду колебаний атомов графена. Сейчас можно утверждать, что «графеновые волны» – это механизм, который открывает путь к овладению человечеством энергией «бескрайних» электромагнитных полей. Это судьбоносное открытие, хотя широкая общественность пока не оценила его глобального значения.
Группа ученых из немецко-американской компании Neutrino Energy Group под руководством Хольгера Торстена Шубарта добилась наиболее заметных результатов в исследовании графена для производства электричества. Исследователи завершили лабораторные и теоретические работы по технологии электрогенерации. NeutrinovoltaicЭкспертизы множества независимых организаций, включая шведскую Королевскую академию наук по поручению автоконцерна Даймлер, подтвердили работоспособность технологии и заявленные в патенте характеристики.
В Массачусетском технологическом институте под руководством Хироки Исобе ведут исследования графена для нужд электроснабжения. Хироки Исобе уверен, — Превращение этой энергии (терагерцевых волн) в источник питания для нашей ежедневной жизни позволит разрешить текущие энергетические трудности. В области исследований графена для электрогенерации первое место по праву занимает компания Neutrino Energy Group, готовая к промышленной реализации своего изобретения.
Ученые Neutrino Energy Group разработали наноматериал, способный получать электроэнергию из окружающих энергетических полей. Он состоит из чередующихся слоев графена и легированного кремния толщиной 10-20 нанометров, примененных на металлическую фольгу. Толщина наноматериала выбрана на основе экспериментальных данных и согласуется с результатами исследований профессора ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) Ванессы Вуд и коллег, опубликованными в журнале Nature. В работе показано, что у материалов размером менее 10–20 нанометров колебания внешних атомных слоев на поверхности играют важную роль в поведении материала. Все материалы состоят из атомов, которые вибрируют. Эти атомные вибрации (фононы) ответственны за передачу электрического заряда и тепла.
Ученые из Венского университета, АИСТ в Японии, компании JEOL и Университета Ла Сапиенца в Риме разработали методику измерения всех фононов в наноструктурированном материале. Благодаря этому впервые удалось установить все колебательные режимы автономного графена, а также локальное расширение различных колебательных режимов в нановолокне графена. Новый метод, названный «картированием больших q», открывает новые возможности для установления пространственного и импульсного расширения фононов во всех наноструктурированных и двумерных современных материалах. Эксперименты открывают возможности для изучения локальных режимов колебаний в нанометровом масштабе до конкретных монослоев.
Из приведённых данных видно, что разные группы учёных всесторонне изучали колебания атомов графена. Эти исследования не были направлены на практическое применение графена для производства электроэнергии, потому что сами по себе колебания атомов графена не вызывают появление электрического тока. Для этого необходима сила, заставляющая электроны графена течь в одном направлении. Чтобы направить электроны графена в одном направлении, должна быть нарушена внутренняя симметрия материала, то есть «инверсия», как её называют физики. Обычно графеновые электроны чувствуют равную силу между собой, что означает, что любая поступающая энергия рассеивает их во всех направлениях симметрично. Holger Thorsten Schubart, директор… Neutrino Energy GroupРуководитель проекта ответил на одной из конференций так: « Искали способы нарушить инверсию графена и вызвать асимметричный ток электронов при поступлении энергии. Предполагаем, что добавление легирующих элементов в многослойный наноматериал создает этот эффект и приводит к нужному результату. »
Распространение технологии Неутриновoltaic открывает реальные возможности в обеспечении населения планеты чистой энергией и внесет важный вклад в решение экологических проблем. В качестве пригодной для жизни не существует другой планеты, поэтому для сохранения жизни на Земле сегодня необходимы новые источники получения энергии, одним из которых станет Неутриновoltaic.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.