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Un circuito che genera energia pulita e illimitata dal grafene

Credit: University of Arkansas

Un team di fisici dell’Università dell’Arkansas ha sviluppato con successo un circuito in grado di catturare il movimento termico del grafene e convertirlo in corrente elettrica.

I risultati, pubblicati sulla rivista Physical Review E, sono la prova di una teoria che i fisici hanno sviluppato tre anni fa secondo cui il grafene indipendente, un singolo strato di atomi di carbonio, si increspa e si piega in un modo che promette di raccogliere energia.

L’idea di raccogliere energia dal grafene è controversa perché confuta la ben nota affermazione del fisico Richard Feynman secondo cui il movimento termico degli atomi, noto come moto browniano, non può funzionare. Il team ha scoperto che a temperatura ambiente il movimento termico del grafene induce in effetti una corrente alternata (CA) in un circuito, un risultato che si ritiene impossibile.

Negli anni ’50, il fisico Léon Brillouin pubblicò un documento fondamentale che confutava l’idea che l’aggiunta di un singolo diodo, un cancello elettrico unidirezionale, a un circuito fosse la soluzione per raccogliere energia dal moto browniano. Sapendo questo, il gruppo di Thibado ha costruito il proprio circuito con due diodi per convertire la corrente alternata in corrente continua (CC). I diodi in opposizione che consentono alla corrente di fluire in entrambe le direzioni, forniscono percorsi separati attraverso il circuito, producendo una corrente continua pulsante che esegue il lavoro su un resistore di carico.

Inoltre, hanno scoperto che il loro design aumentava la quantità di potenza erogata. “Abbiamo anche scoperto che il comportamento tipo interruttore on-off dei diodi in realtà amplifica la potenza erogata, invece di ridurla, come si pensava in precedenza“, ha detto Paul Thibado, professore di fisica e ricercatore capo della scoperta. “La velocità di variazione della resistenza fornita dai diodi aggiunge un ulteriore fattore alla potenza“.

Il team ha utilizzato un campo della fisica relativamente nuovo per dimostrare che i diodi aumentavano la potenza del circuito. “Per dimostrare questo potenziamento, abbiamo attinto al campo emergente della termodinamica stocastica e abbiamo esteso la quasi centenaria e celebre teoria di Nyquist“, ha detto il coautore Pradeep Kumar, professore associato di fisica.

I ricercatori hanno anche scoperto che il movimento relativamente lento del grafene induce corrente nel circuito a basse frequenze, il che è importante dal punto di vista tecnologico perché l’elettronica funziona in modo più efficiente a frequenze più basse.

La gente può pensare che la corrente che scorre in un resistore lo faccia riscaldare, ma la corrente browniana no. In effetti, se non circola corrente, il resistore si raffredda“, ha spiegato Thibado. “Quello che abbiamo fatto è stato reindirizzare la corrente nel circuito e trasformarla in qualcosa di utile“.

Il prossimo obiettivo del team è determinare se la corrente continua può essere immagazzinata in un condensatore per un uso successivo, un obiettivo che richiede la miniaturizzazione del circuito e la modellazione su un wafer di silicio o chip. Se milioni di questi minuscoli circuiti potessero essere costruiti su un chip da 1 millimetro per 1 millimetro, potrebbero servire come sostituzione della batteria a bassa potenza.

Bibliografia: Università dell’Arkansas

Renato Sansone: Giornalista scientifico, iscritto all'ordine nazionale dal 2013. Si occupa di cronaca scientifica dal 2011. Contatti: renato.sansone@geomagazine.it
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