这种可充电电池或可提供近乎无限的能源

Lithium batteries boil in Novec, a non-conductive, non-flammable liquid that 3M hopes to sell automakers to cool batteries and extend the range of dozens of new electric vehicle models in the future, in St. Paul, Minnesota, U.S., February 14, 2018. Picture taken February 14, 2018. REUTERS/Nick Carey
Scientists are exploring graphene’s ability to ‘ripple’ into the third dimension.Image: REUTERS/Nick Carey
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石墨烯是一种了不起的材料。它由单层二维碳原子构成,却比钢强200倍,导电性也优于任何其他材料,据曼彻斯特大学介绍,该材料于2004年在该校首次被分离出来。

石墨烯还具有多种潜在用途,包括在生物医学领域实现靶向药物递送,以及延长智能手机电池的使用寿命。

目前,阿肯色大学的一个研究团队发现有证据表明,石墨烯还可用于提供无限量的清洁能源。

该团队表示,其研究基于石墨烯能够像海面上的波浪一样在第三维度上“起伏”的特性。研究人员称,这种运动可以转化为能量。

为研究石墨烯的运动,首席研究员保罗·蒂巴多(Paul Thibado)及其团队将石墨烯薄片铺设在一个作为支架的铜网格上,从而使石墨烯能够自由运动。

蒂巴多表示,石墨烯可为心脏起搏器等生物医学设备供电。Image: Russell Cothren

研究人员使用扫描隧道显微镜(STM)观察这些运动,发现聚焦于单个起伏进行研究可获得更清晰的结果。

在分析数据时,蒂巴多既观察到了被称为布朗运动的微小随机波动,也观察到了范围更大的协同运动。

扫描隧道显微镜。Image: 阿肯色大学

研究人员表示,石墨烯薄片上的原子会随环境温度振动,这些运动使其曲率反转,从而产生能量。

能量收集

“这是利用二维材料运动作为可收集能源来源的关键,”蒂巴多表示。

“液体中的原子会向随机方向运动,与之不同,石墨烯薄片中相互连接的原子会协同运动。这意味着可以利用现有纳米技术收集它们的能量。”

蒂巴多实验室中的石墨烯薄片直径约为10微米(可以排列在一根大头针的针头上的数量超过两万片)。单个起伏所表现出的每一次波动仅为10纳米×10纳米,研究人员表示,其可产生10皮瓦的功率。

因此,每个微型薄膜都有潜力产生足以为腕表供电的能量,而且永远不会磨损,也无需充电。

透过蒂巴多的扫描隧道显微镜所见的石墨烯薄片Image: 阿肯色大学

蒂巴多已研制出一种名为“振动能量收集器”的装置,他声称该装置能够将所收集的能量转化为电能,如下方视频所示。

这种自充电电源还有潜力将日常物品转变为智能设备,并为心脏起搏器、助听器和可穿戴传感器等更为复杂的生物医学设备供电。

蒂巴多表示:“自供电使智能生物植入物成为可能,这将深刻影响社会。”

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