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[그래핀 전력생성] 물리학자들은 그래핀에서 깨끗하고 무한한 전력을 생산하는 회로를 구축한다. University of Arkansas 물리학팀이 그래핀의 열 운동을 포착하고 이를 전류로 변환 할 수있는 회로를 성공적으로 개발했다.

박민제 | 기사입력 2020/10/09 [09:57]

[그래핀 전력생성] 물리학자들은 그래핀에서 깨끗하고 무한한 전력을 생산하는 회로를 구축한다. University of Arkansas 물리학팀이 그래핀의 열 운동을 포착하고 이를 전류로 변환 할 수있는 회로를 성공적으로 개발했다.

박민제 | 입력 : 2020/10/09 [09:57]
[그래핀 전력생성] 물리학자들은 그래핀에서 깨끗하고 무한한 전력을 생산하는 회로를 구축한다. University of Arkansas 물리학팀이 그래핀의 열 운동을 포착하고 이를 전류로 변환 할 수있는 회로를 성공적으로 개발했다. 2020. 10. 8.
 
 

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University of Arkansas 물리학팀이 그래핀의 열 운동을 포착하고 이를 전류로 변환 할 수있는 회로를 성공적으로 개발했다.

“그래핀을 기반으로한 에너지수확 회로는 작은 장치나 센서에 깨끗하고 무한한 저전압전력을 제공하기 위해 칩에 통합 될 수 있다.”라고 물리학교수이자 이 발견의 수석 연구원 Paul Thibado가 말한다. Physical Review E 저널에 발표된 이 연구결과는 3년 전 물리학자들이 U of A에서 개발 한 이론의 증거이다.

그래핀에서 에너지를 수확한다는 아이디어는 브라운운동으로 알려진 원자의 열운동이 작동 할 수 없다는 물리학자 리차드 파인만의 잘 알려진 주장을 반박하기 때문에 논란의 여지가 있다. Thibado의 팀은 실온에서 그래핀의 열운동이 실제로 회로에 교류 (AC)를 유도한다는 사실을 발견했다. 이는 불가능하다고 생각되는 성과이다. 

1950년대에 물리학자인 Léon Brillouin은 회로에 단일 다이오드인 단방향 전기 게이트를 추가하는 것이 브라운운동에서 에너지를 수확하는 해결책이라는 아이디어를 반박하는 획기적인 논문을 발표했다. 이를 알고 Thibado의 그룹은 AC를 직류 (DC)로 변환하기위한 두 개의 다이오드로 회로를 구축했다. 반대쪽에있는 다이오드를 사용하여 전류가 양방향으로 흐르도록하여 회로를 통해 별도의 경로를 제공하여 부하 저항에서 작업을 수행하는 펄스 DC전류를 생성하였다.

또한 그들은 그들의 디자인이 전달되는 전력량을 증가시킨다는 것을 발견했다.  "우리는 또한 다이오드의 온-오프, 스위치와 같은 동작이 이전에 생각했던 것처럼 전력을 줄이는 것이 아니라 실제로 전달되는 전력을 증폭 시킨다는 것을 발견했다."라고 Thibado는 말했다. "다이오드가 제공하는 저항의 변화율은 전력에 추가 요소를 추가한다."

 

 

연구팀은 다이오드가 회로의 전력을 증가시키는 것을 증명하기 위해 비교적 새로운 물리학분야를 사용했다.

“이 전력 향상을 증명하는 과정에서 우리는 확률론적 열역학의 새로운 분야에서 도출하여 거의 100년이 된 유명한 나이퀴스트 이론을 확장했다.”라고 공동저자 물리학부교수 Pradeep Kumar가 말했다.

Kumar에 따르면 그래핀과 회로는 공생관계를 공유한다. 열 환경이 부하 저항에서 작업을 수행하고 있지만 그래핀과 회로는 동일한 온도에 있으며 둘 사이에 열이 흐르지 않는다.

전력을 생산하는 회로에서 그래핀과 회로 사이의 온도 차이가 열역학 제2법칙과 모순되기 때문에 이것은 중요한 차이점이라고 Thibado는 말했다. “이것은 열역학 제2법칙을 위반하지 않았음을 의미하며, '맥스웰의 악마'가 뜨거운 전자와 차가운 전자를 분리하고 있다고 주장 할 필요가 없다.”라고 Thibado는 말했다.

연구팀은 또한 그래핀의 상대적으로 느린 동작이 저주파에서 회로에 전류를 유도한다는 사실을 발견했는데, 이는 전자공학이 저주파에서 더 효율적으로 작동하기 때문에 기술적 관점에서 중요하다.

“사람들은 저항에 흐르는 전류가 저항을 가열한다고 생각할 수 있지만 브라운 전류는 그렇지 않다. 실제로 전류가 흐르지 않으면 저항이 식을 것이다.”라고 Thibado는 설명했다. "우리가 한 일은 회로의 전류를 다시 라우팅하여 유용한 것으로 변환하는 것이었다."

팀의 다음 목표는 나중에 사용하기 위해 DC전류를 커패시터에 저장할 수 있는지 확인하는 것이다. 이 목표는 회로를 소형화하고 실리콘웨이퍼 또는 칩에 패터닝해야한다. 이러한 작은 회로 수백만 개를 1mm x 1mm 칩에 구축 할 수 있다면 저전력 배터리 대체품 역할을 할 수 있다. Phys.org

 

 

 
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