Наноматериал графен открыл возможность получения энергии под воздействием невидимого спектра излучения - «Технологии»

Человечество научилось генерировать электроэнергию под воздействием солнечного света (видимого спектра излучения — волны с длиной от 400 до 800 нм), используя фотовольтаику. Но почему же не использовать для получения электроэнергии излучение невидимого спектра? Согласно теории Максвелла, причиной возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов, поэтому электромагнитные поля, а также поток нейтрино и других частиц окружающих полей излучений, природа которых может быть даже до конца не известна ученым и до конца не изучена, вызывают повышенный интерес ученых в аспекте прикладного использования, в частности, в области энергетики.

Развитие науки и техники достигли такого уровня, что широкий круг ученых сегодня ищет решения задачи — использования полей невидимого спектра излучения для создания новых технологий электрогенерации без вредных выбросов в атмосферу. Задача непростая, поскольку необходим материал, способный преобразовывать энергию частиц окружающих полей излучений в электрический ток. В настоящее время свойства графена позволяет использовать его для решения такой задачи из-за особенностей колебаний его атомов, которые  обусловленные гексагональной кристаллической решетке, происходят в 3D плоскости в виде «графеновых волн» и наблюдаются в микроскоп с сильным разрешением. Причем, чем интенсивнее воздействие окружающих полей излучений и выше температура, тем больше величина и амплитуда колебаний атомов графена.

В статье «Графен способен преобразовывать энергию электромагнитных полей в электроэнергию» указывается, что графен относится к 2D материалам, имея гексагональную (шестиугольную) кристаллическую решетку, но проявляет признаки 3D материалов. Подобное строение кристаллической решетки приводит к возникновению феномена так называемых «графеновых волн» или «ряби»,  когда соседние области чередуются между вогнутой и выпуклой кривизной. Чем сильнее воздействие энергетических и тепловых полей, тем сильнее колебания атомов графена, а значит частота и амплитуда колебаний «графеновых волн». Теоретические исследования дают объяснение, что источником этого процесса является электрон-фононная связь, поскольку она подавляет жесткость длинноволнового изгиба и усиливает внеплоскостные флуктуации. Современные микроскопы с большим разрешением позволяют видеть «рябь» графена. Графен имеет чрезвычайно высокую плотность электрического тока и рекордную подвижность носителей зарядов. В графене каждый атом связан с 3 другими атомами углерода в двухмерной плоскости, при этом один электрон остается свободно доступным в третьем измерении для электронной проводимости.

Можно уверенно констатировать, что «графеновые волны» — это тот феномен, который открывает путь человечеству к освоению  энергии «бескрайних» полей излучений невидимого спектра. Именно об этом механизме генерации электроэнергии несколько лет назад в интервью журналу Research Frontiers профессор Тибадо (University of Arkansas) говорил: «Это ключ к использованию движения 2D-материалов в качестве источника неиссякаемой энергии. Тандемные вибрации вызывают рябь в листе графена, что позволяет извлечь энергию из окружающего пространства, используя новейшие нанотехнологии».

Найти «ключ» к  получению электроэнергии от использования движения графена в 3D плоскости удалось ученым научно-технологической компании Neutrino Energy Group, создавшим наноматериал из чередующихся слоев графена и легированного кремния. Такой наноматериал, нанесенный на металическую фольгу, позволил получить с пластины размером 200х300 мм напряжение 1,5 В и силу тока 2 А, причем сторона фольги с нанесенным наноматериалом стала положительным полюсом, а обратная сторона фольги без наноматериала — отрицательным полюсом.

Это поистине судьбоносное открытие, несмотря на то что широкая научная общественность еще не оценила в конечном итоге его глобального значения для решения задач  безэмиссионной  электрогенерации  и электромобильности.

Функциональность  технологии и характеристики, заявленные в патенте № EP3265850A1, подтверждены многими независимыми экспертизами. В том числе, в начале января 2021 года стало известно о подтверждающих результатах независимой экспертизы, проведенной по заказу автомобильного концерна Daimler, профессором Викторией Мартин, членом шведской Королевской академией наук.

Успешно проведенные лабораторные исследования Neutrinovoltaic технологии и полученные заключения авторитетных научных центров позволили, начиная с 2021 года, перейти к промышленному внедрению технологии. Так в конце 2023 – начале 2024 года планируется начало промышленного выпуска первых бестопливных генераторов электроэнергии Neutrino Power Cubes мощностью 5-6 кВт, не имеющих ни одной вращающейся детали, в отличие от бестопливных генераторов, разработанных рядом изобретателей на основе магнитных и электромагнитных полей. Особенности и широкие возможности адаптации Neutrinovoltaic технологии позволяют использовать ее в особенности для нужд электромобильности. Для решения этой задачи научно-технологическая компания Neutrino Energy Group заключила договоры о проведении совместных работ с индийской компанией Центр материалов для электронных технологий (C-MET) в Пуне, ведущей правительственной лаборатории Министерства электроники и информационных технологий (MeitY), которую возглавляет генеральный директор доктор Bharat Bhanudas Kale — член Королевского химического общества в Лондоне, один из самых известных ученых мира в области энергетики и материалов, а также компанией SPEL Technologies Pvt. Ltd. — первый и в настоящее время единственный в Индии производитель суперконденсаторов и их усовершенствованных версий. Компания также является промышленным партнером COERB, инициативы MeitY-CMET. Доктора Rajendrakumar Sharma, генерального директора SPEL Technologies, называют «отцом суперконденсаторов». На пресс-конференции, организованной индийской стороной в первых числах февраля 2023 года, Holger Thorsten Schubart анонсировал разработку самозаряжающегося Pi электромобиля в течение 3 лет и стартовый объем инвестиций, направляемых на этот проект, в размере 2,5 млрд евро.

Создание новых наноматериалов и их применение открывает большие возможности для современных ученых, исследователей и для промышленности в области создания технологий, которые позволят навсегда отказаться от использования ископаемого топлива.

Автор: Румянцев Л.К., к.т.н.