1 ay önce
1 ay önce

Fizikçiler grafenden temiz ve sınırsız güç üreten bir dönem geliştirdi


Arkansas Üniversitesi fizikçilerinden oluşan bir ekip, grafenin ısıl hareketini yakalayabilen ve onu elektrik akımına dönüştürebilen bir devreyi başarıyla geliştirdi.

Fizik profesörü ve keşifte baş araştırmacı olan Paul Thibado, “Grafene dayalı bir enerji toplama devresi, minik cihazlar yada sensörler için temiz, sınırsız, düşük voltajlı güç sağlamak için bir çipe dâhil edilebilir” dedi.

Physical Review E dergisinde gösterilen bulgular, fizikçilerin üç yıl ilkin Arkansas Üniversitesi’nde geliştirdikleri, bağımsız grafenin (tek bir karbon atomu tabakası) enerji hasadı için ümit vaat eden bir halde dalgalanıp büküldüğü teorisinin kanıtıdır.

Grafenden enerji toplama fikri tartışmalıdır, şundan dolayı fizikçi Richard Feynman’ın Brownian hareketi olarak malum atomların termal hareketinin işe yaramayacağı şeklindeki iyi malum iddiasını çürütmektedir. Thibado’nun ekibi, oda sıcaklığında grafenin termal hareketinin aslen bir devrede alternatif bir akımı (AC) indüklediğini ve bunun olanaksız olduğu kabul edilen bir başarı bulunduğunu buldu.

1950’lerde fizikçi Léon Brillouin, bir devreye tek bir diyot, tek yönlü bir elektrik kapısı eklemenin, Brownian hareketinden enerji toplamanın çözümü olduğu fikrini cerh eden bir dönüm noktası makalesi yayınladı. Bunu bilen Thibado’nun grubu, AC’yi doğru akıma (DC) dönüştürmek için devrelerini iki diyotla inşa etti. Akımın her iki yönde akmasına müsaade eden karşıt konumdaki diyotlar, dönem süresince ayrı yollar sağlamış oldu ve bir yük direnci üstünde emek verme gerçekleştiren darbeli bir DC akımı üretti.

Ek olarak, tasarımlarının verilen güç miktarını artırdığını keşfettiler. Thibado, “Diyotların açma-kapama, anahtar benzeri davranışının, daha ilkin düşünüldüğü şeklinde, iletilen gücü azaltmak yerine aslen arttırdığını gördük,” dedi. “Diyotlar tarafınca sağlanan direnç değişiklik hızı, güce extra bir unsur ekler.”

Ekip, diyotların devrenin enerjisini arttırdığını kanıtlamak için nispeten yeni bir fizik alanı kullandı. Fizik doçenti ve destek yazarlardan Pradeep Kumar, “Bu güç artışını kanıtlarken, ortaya çıkan olasılıksal termodinamik alandan çıktık ve neredeyse asırlık meşhur Nyquist teorisini genişlettik” dedi.

Kumar’a nazaran grafen ve dönem simbiyotik bir ilişkiyi paylaşıyor. Isıl ortam yük direnci üstünde iş yapsa da, grafen ve dönem aynı sıcaklıktadır ve ikisi içinde ısı akışı olmaz.

Thibado, bunun mühim bir fark bulunduğunu söylemiş oldu, şundan dolayı güç üreten bir devrede grafen ile dönem arasındaki ısı farkı termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olurdu. Thibado, “Bu, termodinamiğin ikinci yasasının ihlal edilmediği ve ‘Maxwell’in İblisinin’ sıcak ve soğuk elektronları ayırdığını iddia etmeye gerek olmadığı anlamına gelir,” dedi.

Ekip ek olarak, grafenin nispeten yavaş hareketinin devrede düşük frekanslarda akımı indüklediğini keşfetti, bu da teknolojik açıdan mühim şundan dolayı elektronikler daha düşük frekanslarda daha verimli çalışıyor.

Thibado, “İnsanlar, bir dirençte akan akımın, onun ısınmasına niçin bulunduğunu düşünebilir, sadece Brownian akımı devrenin ısınmasına niçin olmaz. Aslına bakarsak, akım akmasa direnç soğur,” diye deklare etti. “Yaptığımız şey, devredeki akımı tekrardan yönlendirmek ve onu yararlı bir şeye dönüştürmekti.” dedi.

Ekibin bir sonraki hedefi, DC akımının ondan sonra kullanılmak suretiyle bir kapasitörde saklanıp saklanamayacağını belirlemek; bu, devrenin minyatürleştirilmesini ve bir silikon plaka yada yonga üstünde desenlenmesini gerektiren bir hedeftir. Bu minik devrelerden milyonlarca tanesi 1 milimetreye 1 milimetrelik bir yonga üstüne kurulabilirse, düşük kuvvetli bir pil değişiklik aracı olarak hizmet edebilirler.

Kaynak: Physicists build circuit that generates clean, limitless power from graphene | Phys.org

Paylaşın