清洁环保、无穷能源的新能源

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5月前  
科学家们开发了基于石墨烯的发电技术。长期以来,人们普遍认为这是不可能的,因为该技术涉及与能够穿透物质的难以捉摸的粒子—中微子的相互作用。这项技术将生产清洁环保的电力,最重要的是生产无穷的电能。
大家都知道“磁暴”的概念。简而言之,磁暴是太阳喷出的电磁粒子流。科学家将太阳粒子流分为两种类型:可见光谱的电磁辐射(阳光)和不可见光谱的电磁辐射。
从事可替代能源研究的科学家早就发现太阳光的应用,并创造了光伏技术,即在阳光的作用下获得电能。当向无温室气体排放的发电过渡的问题越发尖锐时,这项技术达到了鼎盛时期。但是,除了正在进行的提高太阳能电池板效率的工作外,很难期望这项技术会出现根本上的新发现。
科学发展的创新方向最令人关注的是不可见辐射光谱的电磁辐射。科学家们已经为开发在这种辐射作用下的发电技术努力了几十年,与此同时,人们对获得这类技术的可能性形成了截然相反的看法:其中的一些人确信获得这类技术是绝对不可能的,而另一部分人则对出现这类技术的可能性持乐观态度。
怀疑论者指出:不可见辐射光谱的电磁辐射实际上是中微子流,它们具有超强的穿透能力,穿透地球也不会遇到障碍。为了检测单独的中微子,科学家不得不建造巨大的捕集器。例如,超级神冈探测器检测器由一个圆柱状的不锈钢储罐组成,该储罐的高度为41.4 米,基础直径为39.3 米,里面装有5万吨专门净化的水。怀疑论者认为,在设备这种外形尺寸下,谈论实际使用中微子是荒谬的。
宇宙中微子流是每秒钟通过地球表面1平方厘米的约为600亿个粒子。在这种巨大的中微子流中包含具有不同能量的不同类型的中微子,因此面临的挑战是学习如何将这种巨大巨大的中微子流的哪怕一小部分转化为电能。此外,该中微子流在白天和晚上,夏季和冬季都相对稳定,因此,在一昼夜内进行发电都将是稳定的,这使得可以将此类装置归类为可靠供电的电源。由于证明中微子存在质量而被授予诺贝尔物理学奖后,乐观的世界科学界的地位在2015年得到了大大地加强:质量的存在意味着中微子具有能量。
石墨烯就是谜题的答案
解决在电磁辐射的作用下获取能量的问题,将意味着科学上的革命性突破-原则上出现了一种清洁环保和无穷能源的新来源。新材料的出现使找到解决这一极其复杂问题的方法成为可能。事实证明,这种材料就是石墨烯(碳的单原子层),由于发现了该材料,于2010年授予了诺贝尔奖。
对石墨烯性能的全面研究表明,如今,石墨烯已经并将继续在各个工业领域中和直接在产品中获得最广泛的应用,由于其高导电性,高导热性,高强度和高疏水性,极大地改善了产品的性能。目前,世界上三分之二的石墨烯专利是中国专利,但中国的发明并未涉及到诸如发电等石墨烯应用的重要领域。在霍尔格•索尔斯滕•舒巴特(Holger Thorsten Schubart)的领导下的德国-美国中微子能源集团(Neutrino Energy Group)在用于发电的石墨烯实际应用方面处于世界领先地位。
事实证明,具有加强的原子振动的石墨烯能够响应各种电磁辐射和热辐射,并从环境中“收集”能量。对此现象的解释在于石墨烯原子的振动系统。石墨烯的晶格是由六边形晶胞组成的平面,即,它是二维六边形晶格。因此,石墨烯原子的振动会引起“石墨烯波”的出现,“石墨烯波”的频率和幅度取决于电磁辐射和热流的作用情况。
霍尔格•索尔斯滕•舒巴特评价了公司取得的成果:“我们得以充分开发了在电磁辐射和热辐射的作用下发电的技术,我们将其命名为Neutrinovoltaic。我们成功的基础是我们创造的多层纳米材料,该材料由石墨烯和掺杂硅的交替层组成。在创建能够发电的材料时,我们遵守以下限制条件:
首先,材料的总厚度必须为纳米级。我们的实验(实验结果后来被苏黎世联邦理工学院教授凡妮莎·伍德(Vanessa Wood)和她的同事们独立确认)表明,当生产的材料尺寸小于10-20纳米时,即:厚度比人的头发细5000倍,纳米粒子表面上外部原子层的振动很大,并且在这种材料的行为中起着重要作用。这些原子振动或“声子”负责电荷和热量在材料中的传递。例如,考虑到石墨烯原子的振动比硅原子的振动强100倍,则电磁辐射的外部作用(包括中微子的作用)频率与石墨烯波振动的内部频率叠加会增强这种振动,并导致原子振动的共振。共振中的原子振动可以增强电子与掺杂硅接触时的反冲力。
其次,我们了解到:一层石墨烯能够产生非常弱的电流。我们的任务是创建一种能够稳定运行的技术,并且在此基础上创建的直流电源将具有紧凑的尺寸。否则,该技术将无法找到商业应用。我们通过将生成的纳米材料制成多层,从而使输出电流和电压增加很多倍,解决了这个问题。”
为了获得所需的效果,将石墨烯和掺杂硅分几层涂在金属箔底板上。当包括宇宙中微子在内的自然和人工性质的电磁辐射以及硅层和石墨烯层组合热流作用时,开始谐波谐振过程,然后由电转换器记录下来该过程。金属载体涂层一侧为正极,没有涂层一侧为负极。多层涂层使得可以从单位面积上获得更多的能量,这对于创建工业规模的发电装置极为重要。这使得可以制造具有各种功率特性和尺寸的紧凑型电源,从而使其可以放置在几乎所有需要电源的设备的壳体内。涂有创新纳米材料的几片箔,像一叠书写纸一样,彼此叠放,因此串联在一起,构成了一个能量电池。通过变换多个能量电池的连接方式,可以创建具有所需外形尺寸和功率特性的直流电源。 “公文包大小”的直流电源的输出功率为4.5至5.5 千瓦/小时。如此紧凑的外形特性使得有可能创建用于独立房屋和电动汽车供电的独立电源。
获得的结果是德国-美国中微子能源集团公司可以开始设计电动汽车。霍尔格•舒巴特断言:“我们的电动汽车项目被称为Pi-Car,将是一种小型,轻便,窄轮胎的汽车,车身由碳纤维而不是金属制成。我们内置于电动汽车外壳内的直流电源可在一年365天的每昼夜24小时内进行充电,无论天气如何。此外,所产生的功率将使Pi电动汽车仅使用来自内置独立电源的牵引功率就可以以平稳模式行驶。 预计在Pi电动汽车中布置一个小型蓄电池组,但该蓄电池组只在启动,上坡或加速模式下使用。上述措施可以显着减轻电动汽车的重量并节省用于蓄电池生产的稀有材料,此外,电动汽车重量的大幅降低需要较小的牵引力,这对于增加两次充电之间的行驶距离为重要。”
很难重新评价所开展工作的重要性,前景和商业利益。许多专家已经将Neutrinovoltaic技术列为2020年最具突破性的技术之一。霍尔格•舒巴特断言:“我确信:在未来10到20年内,几乎每个人都将拥有一种基于Neutrinovoltaic技术运行的设备或电动汽车。”
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