Arkansas Üniversitesi fizikçilerinden oluşan bir ekip, grafe 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, küçük cihazlar veya sensörler için temiz, sınırsız, düşük voltajlı güç sağlamak için bir çipe dâhil edilebilir” dedi.
Physical Review E dergisinde yayınlanan bulgular, fizikçilerin üç yıl önce Arkansas Üniversitesi’nde geliştirdikleri, bağımsız grafenin (tek bir karbon atomu tabakası) enerji hasadı için umut vaat eden bir şekilde dalgalanıp büküldüğü teorisinin kanıtıdır.
Grafenden enerji toplama fikri tartışmalıdır, çünkü fizikçi Richard Feynman’ın Brownian hareketi olarak bilinen atomların termal hareketinin işe yaramayacağı şeklindeki iyi bilinen iddiasını çürütmektedir. Thibado’nun ekibi, oda sıcaklığında grafenin termal hareketinin aslında bir devrede alternatif bir akımı (AC) indüklediğini ve bunun imkansız olduğu düşünülen bir başarı olduğunu buldu.
1950’lerde fizikçi Léon Brillouin, bir devreye tek bir diyot, tek yönlü bir elektrik kapısı eklemenin, Brownian hareketinden enerji toplamanın çözümü olduğu fikrini çürüten 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 izin veren karşıt konumdaki diyotlar, devre boyunca ayrı yollar sağladı ve bir yük direnci üzerinde çalışma gerçekleştiren darbeli bir DC akımı üretti.
Ayrıca, tasarımlarının verilen güç miktarını artırdığını keşfettiler. Thibado, “Diyotların açma-kapama, anahtar benzeri davranışının, daha önce düşünüldüğü gibi, iletilen gücü azaltmak yerine aslında arttırdığını gördük,” dedi. “Diyotlar tarafından sağlanan direnç değişim hızı, güce ekstra bir faktör ekler.”
Ekip, diyotların devrenin gücünü arttırdığını kanıtlamak için nispeten yeni bir fizik alanı kullandı. Fizik doçenti ve yardımcı yazarlardan Pradeep Kumar, “Bu güç artışını kanıtlarken, ortaya çıkan olasılıksal termodinamik alandan çıktık ve neredeyse asırlık ünlü Nyquist teorisini genişlettik” dedi.
Kumar’a göre grafen ve devre simbiyotik bir ilişkiyi paylaşıyor. Isıl ortam yük direnci üzerinde iş yapsa da, grafen ve devre aynı sıcaklıktadır ve ikisi arasında ısı akışı olmaz.
Thibado, bunun önemli bir ayrım olduğunu söyledi, çünkü güç üreten bir devrede grafen ile devre arasındaki sıcaklık 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 ayrıca, grafenin nispeten yavaş hareketinin devrede düşük frekanslarda akımı indüklediğini keşfetti, bu da teknolojik açıdan önemli çünkü elektronikler daha düşük frekanslarda daha verimli çalışıyor.
Thibado, “İnsanlar, bir dirençte akan akımın, onun ısınmasına neden olduğunu düşünebilir, ancak Brownian akımı devrenin ısınmasına neden olmaz. Aslında, akım akmasa direnç soğur,” diye açıkladı. “Yaptığımız şey, devredeki akımı yeniden yönlendirmek ve onu faydalı bir şeye dönüştürmekti.” dedi.
Ekibin bir sonraki hedefi, DC akımının daha sonra kullanılmak üzere bir kapasitörde saklanıp saklanamayacağını belirlemek; bu, devrenin minyatürleştirilmesini ve bir silikon plaka veya yonga üzerinde desenlenmesini gerektiren bir hedeftir. Bu küçük devrelerden milyonlarca tanesi 1 milimetreye 1 milimetrelik bir yonga üzerine kurulabilirse, düşük güçlü bir pil değişim aracı olarak hizmet edebilirler
Son düzenleme:
