Создан наноматериал на основе графена для нового вида электрогенерации

Электрогенерирующая наноплёнка на основе металлической фольги – новый тип электрогенерации, работающий по законам физики и получивший название Neutrinovoltaic в связи с участием в этом процессе как широкого спектра энергетических полей, окружающих нас, включая нейтрино. Такая технология электрогенерации разработана группой учёных под научным руководством Хольгер Торстен Шубарта, руководителя немецко-американской компании Neutrino Energy Group.

Преимущество новой разработки заключается в том, что источники электроэнергии возможно размещать непосредственно в месте потребления энергии, а точнее, внутри корпусов электроприборов и оборудования или как единый источник электроэнергии для энергоснабжения, к примеру, дома. Такая возможность предопределяет полное отсутствие энергопотерь на пути от поставщика к потребителю, что в современном мире очень важно, т.к. конкурентоспособность напрямую зависит от эффективности. 

Разработчики технологии сконцентрировали свои усилия на возможности преобразования электроэнергии из энергетических полей в районе нахождения источника, а именно: космические нейтрино (невидимый спектр излучения), антинейтрино, терагерцевые волны, электросмог, другие электромагнитные излучения, природа которых может быть ещё неизвестной. 

Любая технология в практическом применении будет конкурентоспособной, если будет привлекательна по цене и позволит потребителю сэкономить. В этом плане, выбор недорогих и широко распространённых материалов и бесплатное «сырье» позволяют разработчикам рассчитывать, что стоимость получаемой электроэнергии будет ниже, чем от солнечной генерации и ветрогенерации. Основной сложностью являлся процесс создания электрогенерирующего материала, в котором важен не только его состав, но и толщина. Учёные провели многочисленные эксперименты с составом, применяя различные наноматериалы. В результате, наилучший результат показал многослойный материал с чередующимися слоями графена и легированного кремния толщиной 10-20 нанометров, нанесённых на металлическую фольгу. Многослойность наноматериала обеспечивает решение задачи по получению максимально возможной электрической мощности с единицы поверхности, так как один слой графена не может обеспечить достаточную мощность для промышленного применения. 

Механизм получения электрического тока основан на процессе воздействия энергетических и тепловых полей на колебания атомов графена. Графен, в качестве одного из материалов, был выбран не случайно, т.к. он имеет гексагональную (шестиугольную) кристаллическую решётку. 

Графен – это одноатомный слой углерода и относится к 2D материалам, однако сильные колебания атомов графена (в 100 раз выше, чем, например, в кремнии) в результате такого строения кристаллической решётки приводят к появлению так называемых «графеновых волн» или «ряби», т.е. когда соседние области чередуются между вогнутой и выпуклой кривизной. Чем сильнее воздействие энергетических и тепловых полей, тем сильнее колебания атомов графена, а значит частота и амплитуда колебаний «графеновых волн». 

Теоретические исследования дают объяснение, что источником этого процесса является электрон-фононная связь, поскольку она подавляет жёсткость длинноволнового изгиба и усиливает вне плоскостные флуктуации. Современные микроскопы с большим разрешением позволяют видеть «рябь» графена. Графен имеет чрезвычайно высокую плотность электрического тока (в миллион раз больше, чем у меди) и рекордную подвижность носителей зарядов. В графене каждый атом связан с 3 другими атомами углерода в двухмерной плоскости, при этом один электрон остается свободно доступным в третьем измерении для электронной проводимости. 

Такая цель, как применение графена в области электрогенерации, ставило задачу – найти путь, чтобы вызвать движение облака электронов графена в одном направлении, что и называется электрическим током. Для решения этой задачи, а также для увеличения мощности c единицы поверхности наноматериала учёные Neutrino Energy Group создали наноматериал многослойным с чередующимися слоями графена и легированного кремния. Добавление легирующих элементов вызывает эффект «косого рассеяния», когда на облака электронов действует определённая сила и заставляет их двигаться в одном направлении, т.е. возникает постоянный электрический ток. 

Наибольшие дискуссии в научном мире вызывало утверждение разработчиков, что преобразование энергии происходит в том числе и за счёт преобразования энергии нейтрино в электрический ток. Данное утверждение было сложно доказать, так как это требовало дорогостоящих научных исследований. Учёные работали приоритетно над задачей – экспериментальным путём разработать технологию, применимую на практике, а не концентрировались на проведении фундаментальных дорогостоящих исключительно научных исследований, и эта задача была успешно выполнена. 

Хольгер Торстен Шубарт описал некоторые характеристики Neutrinovoltaic технологии, – «В настоящее время 1 м³ плотноупакованного наноматериала будет давать мощность около 36 кВт при комнатной температуре 23,7° C. Нейтринные источники тока Neutrino Power Cube планируется изготавливать в виде шестигранных энергетических пластин. Набор плотноупакованных спрессованных пластин, что означает последовательное их соединение друг с другом, составляет энергетическую ячейку, а соединение энергетических ячеек друг с другом последовательно и/или параллельно обеспечивает необходимые выходные характеристики источников тока». 

Перспективность внедрения Neutrinovoltaic технологии для нужд электрогенерации по достоинству оценили в научном мире и в коммерческих структурах. Шведская Королевская Академия наук по независимому запросу немецкого автоконцерна Даймлер подтвердила работоспособность технологии и заявленные в патенте характеристики Neutrinovoltaic. Спрос же на акции Neutrino Energy Group превысил самые смелые ожидания самих создателей, и в настоящее время компания фактически уже закончила формировать пул инвесторов.