クリーンパワーのブレークスルー: グラフェンを使用した「不可能」なエネルギー生成の挑戦 世紀

研究者チームは、グラフェンのユニークな特性のおかげで、ランダムな熱揺らぎから有用な研究は得られないという現代物理学の長年の定説を反証することに成功したと報告している。

流体内の粒子の微視的な運動は、スコットランドの科学者ロバート・ブラウンによって発見されたことからブラウン運動としても知られており、有用な仕事を生み出す試みとしては不可能な手段であると長い間考えられてきました。

このアイデアは数十年前に物理学者リチャード・ファインマンによって打ち止められたことが最も有名で、彼は1962年5月にブラウンラチェットと呼ばれる見かけの永久運動機械を使った思考実験を提案した。

理論的には、この装置はギアとラチェットで構成されており、熱浴に浸されている間に振動し、一方向のみの動きを可能にします。 熱力学第 2 法則に反するように見える、熱勾配が存在しない場合には一方向の運動によって力が生成されるという前提があります。 しかし、ファインマンは、機械の構成要素もブラウン運動を受けるため、必然的に機械の機能に欠陥が生じ、それによって生成される可能性のある有用な仕事が打ち消されるだろうと主張した。

今回、アーカンソー大学物理学科の研究者チームは、自立型グラフェンの熱揺らぎが実際に、有用な研究の創出を可能にする新しい方法の一部として使用できることを実証し、1世紀以上にわたる従来の方法を覆したと主張している。現代物理学で考える。

グラフェンは、原子 1 個の厚さのグラファイトのシートで構成されるフラーレンです。 自立型グラフェンが持つ波状構造により、周囲温度に応じた独特の挙動がチームの研究での使用に理想的でした。

彼らの発見を説明する論文の中で、研究チームは理論的に「ブラウン粒子としてのグラフェンリップル」がエネルギー貯蔵回路に結合していると考えている。 回路とブラウン粒子が一定の温度に保たれている場合、熱力学の第 2 法則に従って粒子からエネルギーを生成することはできません。 これは、回路に整流ダイオードが導入された場合でも当てはまります。

「ただし、回路に接合部があり、その後に逆向きに配線された 2 つのダイオードが接続されている場合、平衡状態への到達が非常に遅くなる可能性があります。」と論文の著者は説明しています。 より具体的には、蓄積コンデンサを充電する一対のダイオード間を電流が流れると、これらの要素間の平衡が一時的に遮断されます。

「各コンデンサによって収集されるエネルギーは、ダイオードの熱槽から得られます」と論文の著者は説明しています。「システムは熱力学の第 1 法則と第 2 法則に従います。」 したがって、熱力学法則が反故にされていないにもかかわらず、ファインマンの数十年にわたる反対の議論をまったく無視して、ブラウン運動から有用な仕事が生成されます。

研究の過程で、アーカンソー大学物理学教授ポール・ティバド率いるチームは、大きなコンデンサはより多くの蓄積電荷を生成するが、より小さなグラフェンベースのコンデンサを使用すると、初期充電率が高くなるだけでなく、長期間にわたって放電できることを発見した。このようにグラフェン容量を使用すると、正味の電荷が失われる前に、エネルギーを収集するために使用される回路から蓄積コンデンサを切り離すことができるため、これは重要な要素です。

デブリーフへの電子メールの中で、ティバド氏は、彼と彼の同僚が発見した新しい動力源が、長い間物理学者の目を逃れることができたのは、1960年代に研究者たちが、長年物理学者を困惑させてきた偏微分方程式を解く初期の試みの際に直面した限界のせいだと説明した。 。

「私たちはフォッカー・プランク方程式 (FPE) を解くことで、この新しい動力源を発見しました」とティバド氏は言います。

1960 年代、ファインマンが有用な研究を生み出すためのブラウン運動の使用についての議論を発表したのとほぼ同時期に、科学者もフォッカー プランク方程式を解決する初期の試みを行いました。