Des physiciens des États-Unis ont accidentellement découvert que le graphène peut générer de l'énergie en utilisant l'environnement et deviendra un nouveau mot dans l'énergie et la bionique dans un proche avenir.
L'existence du graphène dans la nature est un phénomène qui est devenu possible du fait que les scientifiques ont trouvé une «faille» dans les lois de la physique et ont forcé une toile atomique bidimensionnelle continue à se comporter comme un matériau tridimensionnel. De plus en plus de nouvelles études révèlent des applications utiles de ce matériau, et les prévisions semblent très encourageantes: il s'est avéré que le graphène peut être utilisé pour obtenir une quantité d'énergie presque infinie!
Découverte accidentelle
Une équipe de physiciens dirigée par des chercheurs de l'Université de l'Arkansas a fait la découverte par accident. Le but initial de leurs tests était d'étudier la vibration du graphène - mais pour quoi faire?
Nous connaissons tous le graphite granuleux, qui est couramment utilisé en conjonction avec des composants en céramique pour créer une tige de crayon. La bande noire qui reste après le passage de la mine de crayon sur le papier est en fait de minces feuilles d'atomes de carbone qui glissent facilement les unes sur les autres. Depuis de nombreuses années, les physiciens s'interrogent: est-il possible d'isoler une telle feuille et d'en faire un plan bidimensionnel indépendant?
En 2004, des physiciens de l'Université de Manchester ont réussi. Pour exister séparément les unes des autres, les feuilles d'atomes de carbone doivent se comporter comme un matériau tridimensionnel pour fournir la stabilité nécessaire. Il s'est avéré que la "faille" dans ce cas est le déplacement des atomes mobiles, qui donne au graphène les propriétés de la troisième dimension. En d'autres termes, le graphène n'a jamais été plat à 100% - il a vibré au niveau atomique pour que ses liaisons ne se désintègrent pas spontanément.
C'est pour mesurer le niveau de ce déplacement et de cette vibration que le physicien Paul Tibado a récemment dirigé un groupe d'étudiants diplômés et a fait une étude très simple avec eux. Les scientifiques ont posé des feuilles de graphène sur un filet de cuivre spécial et ont observé des changements dans la position des atomes avec un microscope. Cependant, pour une raison quelconque, les chiffres ne correspondaient pas au modèle attendu. De plus, les données variaient d'un essai à l'autre.
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Le graphène comme source d'énergie
Thibado a décidé de prendre l'expérience dans une direction différente, en essayant de trouver un modèle approprié et en changeant la façon dont il analysait les données. Les chercheurs ont divisé chaque image prise pendant la mesure en sous-images. La stratégie s'est avérée correcte: l'image à grande échelle ne permettait pas d'étudier les lois du mouvement des atomes, mais l'analyse de ses particularités a permis de découvrir quelque chose d'intéressant. On a supposé que les feuilles de graphène se déplaçaient selon le même principe que les feuilles de métal pliées - mais cette hypothèse s'est avérée fausse.
Il s'est avéré que tout était dans les soi-disant "vols de prélèvement" - des schémas de petites fluctuations aléatoires combinées à des changements brusques et brusques. De tels systèmes étaient auparavant observés dans les systèmes biologiques et climatiques, mais les physiciens les ont vus pour la première fois à l'échelle atomique. En mesurant la vitesse et l'échelle de ces ondes de graphène, Thibado a suggéré qu'elles pourraient être utilisées pour extraire l'énergie de l'environnement.
Tant que la température de l'environnement empêche le mouvement «confortable» des atomes de graphène les uns par rapport aux autres, ils continueront à pulser et à se plier. Placez les électrodes de chaque côté d'une section de ce graphène et vous avez un petit générateur. Selon les calculs, un graphique de 10x10 microns de graphène a une puissance de 10 microwatts. Étant donné que la tête d'une épingle peut contenir jusqu'à 20 000 de ces carrés, une telle «centrale électrique» n'a pas l'air très impressionnante, non? Cependant, cette puissance à température ambiante sera suffisante pour fournir de l'énergie à un petit gadget - par exemple, une montre-bracelet. Il est également intéressant de noter qu'à l'avenir, une telle méthode d'obtention d'énergie peut conduire à la création de bioimplants, qui n'auront pas besoin de batteries volumineuses.
Conclusion
Chibado collabore actuellement avec des scientifiques du US Naval Research Laboratory pour voir si cette stratégie a un avenir. C'est peut-être le graphène qui deviendra la source de «l'énergie du futur», ce qui permettra aux technologies de faire une percée significative dans un proche avenir.
Vasily Makarov
