Тот факт, что графен способен генерировать электрический ток под воздействием нейтрино и других полей излучений доказали учёные немецкой научно-технологической компании Neutrino Deutschland GmbH во главе с Holger Thorsten Schubart и использовали это открытие для создания инновационного Neutrinovoltaic источника генерации постоянного тока.
Оказалось, что графен (двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Атомы углерода находятся в sp²-гибридизации и соединены посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку), не могут существовать в 2D-плоскости.
Чтобы существовать отдельно друг от друга, графен должен вести себя как трехмерный материал для обеспечения необходимой стабильности. Оказалось, что «лазейкой» является смещение подвижных атомов, что и придает графену свойства третьего измерения. Иными словами, графен никогда не был 100% плоским — он вибрировал на атомарном уровне так, 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 видели их впервые. Измеряя скорость и масштаб этих графеновых волн, Тибадо предположил, что их можно использовать для извлечения энергии из окружающей среды.
Разместив электроды с обеих сторон секции такого графена, был получен крошечный генератор. Согласно расчетам, графен размером 10х10 микрон обладает мощностью в 10 микроватт. Это не много для прикладного использования такого эффекта. Однако, учёные Манчестерского университета зафиксировали и подтвердили сам факт возможности получения электрического тока на единичном слое графена.
Теоретические и опытные данные относительно свойств графена и принципа изготовления устройств, которые позволяют создать действующую технологию получения электрического тока, были впервые заявлены и технологически обоснованы учёными немецкой компании Neutrino Deutschland GmbH под руководством математика, доктора эк. наук Holger Thorsten Schubart. Технология получила название Neutrinovoltaic. Компания продвинулась намного дальше вперёд в сравнении с работами всех других исследователей и, прежде всего, в аспекте прикладного применения знаний в этой области и закрепила свой бесспорный приоритет, получив патент № EP3265850A1 в создании наносимого на металлическую фольгу многослойного наноматериала из чередующихся слоёв графена и кремния с добавлением легирующих элементов. Изобретённый наноматериал позволяет преобразовывать энергию нейтрино и других частиц окружающих полей излучений в электроэнергию.
Так же, как и в случае недавно открытого трехслойного графенового сверхпроводящего материала, в основе Neutrinovoltaic технологии, разработанной Holger Thorsten Schubart и международной командой учёных, инженеров и техников компании, лежит использование сверхтонких слоев графена для создания резонанса от проходящих излучений искусственного и естественного происхождения, включая космические нейтрино, и преобразования кинетической энергии частиц в электрический ток. Для достижения необходимого эффекта на подложку из металлической фольги наносится в несколько слоёв графен и легированный кремний, и, при прохождении излучений через эту комбинацию слоёв кремния и графена, стартует гармонический резонансный процесс, который затем регистрируется электрическим преобразовательным устройством. Покрытая сторона металлического носителя представляет собой положительный полюс, а непокрытый — отрицательный. Многослойное покрытие позволяет получить больше энергии с единицы площади, что является крайне важным фактором для создания промышленных электрогенерирующих изделий.
Это обеспечивает возможность изготавливать компактные источники тока различных мощностных характеристик и размеров и позволяет создавать источники тока для электроснабжения домовладений, а также размещать их внутри корпусов практически всех приборов, которые требуют электропитания, включая корпуса электромобилей. Несколько листов фольги с нанесённым инновационным наноматериалом, размещенных друг над другом, как пачка писчей бумаги, а значит соединённых последовательно, составляют энергетическую ячейку. При варьировании соединением нескольких энергетических ячеек создаётся источник постоянного тока необходимых габаритных размеров и мощностных характеристик. Источник постоянного тока размером «с дипломат», имеет выходную мощность от 4,5 до 5,5 кВт /час.
За последние пять лет появился ряд научных публикаций, которые посвящены вопросам взаимодействия нейтрино с веществами. Роль энергии нейтрино в процесс электрогенерации по Neutrinovoltaic технологии сложно переоценить. Последние опубликованные данные экспериментов COHERENT в лаборатории Ок-Ридж (США) доказали, что нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. Исследователи первыми обнаружили и проанализировали когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах. Это долгожданное подтверждение, предсказанное в Стандартной модели физики частиц, оценивает процесс достаточно точно, чтобы наложить ограничения на альтернативные теоретические модели.
Взаимодействия нейтрино с веществом являются одним из основных факторов, вызывающих колебания атомов графена, происходящих в виде «графеновых волн», которые при контакте со слоями кремния высвобождают электроны и генерируют электрический ток. Но, взаимодействовать с веществом будет любое нейтрино, имеющее массу. Нейтрино имеют массу, а значит и энергию согласно формуле E=mc² — уравнение, которое в теоретической физике устанавливает взаимосвязь между энергией (E), в любой форме, и массой (m).
Теоретические фундаментальные основы Neutrinovoltaic технологии и примеры её применения подробно изучены учёными немецкой компании Neutrino Deutschland GmbH и подробно изложены в различных публикациях.
Независимо параллельно проведенные мировыми научными центрами исследования свойств графена показывают безусловную перспективность применения графена для создания экологически чистых источников постоянного тока и создания на их основе распределённой системы электроснабжения, не требующей централизованного электроснабжения. Neutrino Deutschland GmbH сделала первый успешный шаг в этом направлении, показав, насколько близка к реальному воплощению, казалось бы, фантастическая идея преобразования энергии полей излучений в постоянный ток. Материал с уникальными свойствами – графен – и прогрессивное развитие научной мысли делают это возможным.
Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.