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

“一個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家提出的一個理論，即獨立的石墨烯——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，因為它駁斥了物理學家理查德·費曼的著名論斷，即原子的熱運動，即布朗運動，不能做功。

Thibado的團隊發(fā)現(xiàn)，在室溫下，石墨烯的熱運動確實會在電路中產(chǎn)生交流電，這被認為是不可能的。

Thibado的小組用兩個二極管構(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的路徑，從而產(chǎn)生了在負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)特性實際上放大了輸出功率，而不是像之前認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因素。

該團隊使用一個相對較新的物理領(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，我們借鑒了隨機熱力學的新興領(lǐng)域，并擴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，這是一個重要的區(qū)別，因為在產(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第二定律。

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

該團隊還發(fā)現(xiàn)，石墨烯相對緩慢的運動在電路中引入了低頻電流，這從技術(shù)角度來說很重要，因為電子器件在低頻時工作效率更高。

“人們可能認為電流在電阻器內(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。”

該團隊的下一個目標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。

阿肯色大學擁有這項技術(shù)在美國和國際市場的幾項專利，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。