新发明从石墨烯获得无尽洁净能源

研究者找到一种驾驭石墨烯内原子的运动产生电流的技术，将来可以集成在芯片上成为电子设备的替代电池。

研究负责人阿肯色大学（University of Arkansas）物理学教授蒂巴多（Paul Thibado）说：“基于石墨烯的发电电路可以集成到芯片上，为小型设备或感应器提供洁净、无限的低压电源。”

阿肯色大学的物理学家三年前提出的理论称，可以从单层碳原子组成的石墨烯内部原子特定的运动方式收获能源。这与已故物理学家费曼（Richard Feynman）的说法矛盾。费曼称，原子的无规则热运动，也称为布朗运动，无法做有用功。

可是蒂巴多的研究组发现，在室温下，石墨烯内部的热运动可以产生交流电。

科学家曾提出，向电路增加一个二极管做为单向电子门，就可以从布朗运动中获取能量，但是上世纪50年代物理学家布里渊（Léon Brillouin）发表的一项研究认为不可行。

于是，蒂巴多的研究组在电路中用了两个二极管，朝向相反的方向，让电流向两个方向流动，即在电路中为电流提供两个分开的通道，将交流电变为直流电，使电流在负载电阻上做功。

不仅如此，他们发现这样的设计增加了所产生的电能。“我们发现二极管类似开关的作用，实际上起到了放大电流的效果，而不是像以前认为的会减小（电能）。”

合作研究者库玛（Pradeep Kumar）说，石墨烯和电路是共生的关系。虽然热环境在电阻上做功，但是石墨烯和电路的温度是一样的，两者之间没有热量的传递。

蒂巴多说，这是一个重要的特性。因为石墨烯和发电电路之间的温差，与热力学第二定律矛盾。热力学第二定律说，孤立系统自发地朝着热力学平衡的方向演化，或者说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。

“人们可能以为，电流将导致电阻升温，但是布朗运动下不会。实际上，如果没有电流的流动，电阻将会降温。”蒂巴多说：“我们所做的就是在电路中将电流改道，让它实现有用的效果。”

另外，研究组发现石墨烯内粒子相对较慢的运动，使得产生的电流频率很低。研究人员表示这是重要的优势，因为电子设备在低频电压下工作更有效。

研究组的下一个目标是考察怎样将直流电存储起来。为了实现这个目标，要把电路造得尽量小，把它们集成在硅芯片上。如果在一个1毫米X1毫米见方的芯片上可以集成几百万个这样的电路，这个芯片就能为做为低压电池使用。

这份研究近期发表在《物理评论E刊》（Physical Review E）上。