阿肯色大學(xué)(University of Arkansas)的一個(gè)物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功開發(fā)出了一種能夠捕獲石墨烯熱運(yùn)動并將其轉(zhuǎn)換為電流的電路。

“一個(gè)基于石墨烯的能量收集電路可以集成到芯片中，為小型設(shè)備或傳感器提供清潔、無限度的低壓電力，”該發(fā)現(xiàn)的首席研究員、物理學(xué)教授Paul Thibado說。

發(fā)表在《 Physical Review E》期刊上的這一發(fā)現(xiàn)證明了三年前物理學(xué)家提出的一個(gè)理論，即獨(dú)立的石墨烯——一層碳原子——以一種有望獲得能量的方式波動和彎曲。

從石墨烯中獲取能量的想法是有爭議的，因?yàn)樗g斥了物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼的著名論斷，即原子的熱運(yùn)動，即布朗運(yùn)動，不能做功。

Thibado的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在室溫下，石墨烯的熱運(yùn)動確實(shí)會在電路中產(chǎn)生交流電，這被認(rèn)為是不可能的。

Thibado的小組用兩個(gè)二極管構(gòu)建了電路，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電(DC)。

由于兩個(gè)二極管是反向的，使得電流可以雙向流動，因此它們在電路中提供了單獨(dú)的路徑，從而產(chǎn)生了在負(fù)載電阻上工作的脈動直流電流。

此外，他們發(fā)現(xiàn)他們的設(shè)計(jì)增加了電力的輸送量。

Thibado說:“我們還發(fā)現(xiàn)，二極管的開關(guān)特性實(shí)際上放大了輸出功率，而不是像之前認(rèn)為的那樣降低了輸出功率。”

由二極管提供的電阻變化率是功率的另一個(gè)因素。

該團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)相對較新的物理領(lǐng)域來證明二極管增加了電路的功率。

“為了證明這種功率增強(qiáng)，我們借鑒了隨機(jī)熱力學(xué)的新興領(lǐng)域，并擴(kuò)展了近百年來著名的尼奎斯特理論，”合著者Pradeep Kumar說，他是物理學(xué)副教授和合著者。

據(jù)Kumar說，石墨烯和電路有一種共生關(guān)系。

雖然熱環(huán)境對負(fù)載電阻起作用，但石墨烯和電路處于相同的溫度，熱量不會在兩者之間流動。

Thibado說，這是一個(gè)重要的區(qū)別，因?yàn)樵诋a(chǎn)生能量的電路中，石墨烯和電路之間的溫差會違背熱力學(xué)第二定律。

“這意味著沒有違反熱力學(xué)第二定律，也沒有必要論證‘麥克斯韋妖’正在分離冷熱電子，”Thibado說。

該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，石墨烯相對緩慢的運(yùn)動在電路中引入了低頻電流，這從技術(shù)角度來說很重要，因?yàn)殡娮悠骷诘皖l時(shí)工作效率更高。

“人們可能認(rèn)為電流在電阻器內(nèi)流動會使電阻器升溫，但布朗電流不會。事實(shí)上，如果沒有電流流動，電阻器會冷卻下來，”Thibado解釋道。

“我們所做的是改變電路中的電流，并將其轉(zhuǎn)化為有用的東西。”

該團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是確定直流電流是否可以存儲在電容器中以供以后使用，這一目標(biāo)需要將電路小型化并在硅片或芯片上形成圖形。

如果能在1毫米×1毫米的芯片上構(gòu)建數(shù)百萬個(gè)這樣的微型電路，它們就可以作為低功率電池的替代品。

阿肯色大學(xué)擁有這項(xiàng)技術(shù)在美國和國際市場的幾項(xiàng)專利，并通過該校的技術(shù)投資部門授權(quán)其用于商業(yè)應(yīng)用。