Tecnologia Científica

Os físicos constroem um circuito que gera energia limpa e ilimitada a partir do grafeno
A ideia de colher energia do grafeno é controversa porque refuta a conhecida afirmação do físico Richard Feynman de que o movimento térmico dos átomos, conhecido como movimento browniano, não funciona.
Por Universidade de Arkansas - 02/10/2020


Crédito: University of Arkansas

Uma equipe de físicos da Universidade de Arkansas desenvolveu com sucesso um circuito capaz de capturar o movimento térmico do grafeno e convertê-lo em corrente elétrica.

"Um circuito de coleta de energia baseado em grafeno poderia ser incorporado em um chip para fornecer energia limpa, ilimitada e de baixa voltagem para pequenos dispositivos ou sensores", disse Paul Thibado, professor de física e pesquisador-chefe da descoberta.

As descobertas, publicadas na revista Physical Review E , são a prova de uma teoria que os físicos desenvolveram na U of A três anos atrás, de que o grafeno independente - uma única camada de átomos de carbono - ondula e se deforma de uma forma que promete a captação de energia .

A ideia de colher energia do grafeno é controversa porque refuta a conhecida afirmação do físico Richard Feynman de que o movimento térmico dos átomos, conhecido como movimento browniano, não funciona. A equipe de Thibado descobriu que, à temperatura ambiente, o movimento térmico do grafeno de fato induz uma corrente alternada (CA) em um circuito, uma conquista considerada impossível.

Na década de 1950, o físico Léon Brillouin publicou um artigo de referência refutando a ideia de que adicionar um único diodo, uma porta elétrica unidirecional, a um circuito é a solução para coletar energia do movimento browniano. Sabendo disso, o grupo de Thibado construiu seu circuito com dois diodos para converter CA em corrente contínua (CC). Com os diodos em oposição, permitindo que a corrente flua para os dois lados, eles fornecem caminhos separados através do circuito, produzindo uma corrente CC pulsante que realiza trabalho em um resistor de carga.

Além disso, eles descobriram que seu design aumentava a quantidade de energia fornecida. “Nós também descobrimos que o comportamento tipo interruptor dos diodos na verdade amplifica a potência fornecida, ao invés de reduzi-la, como se pensava anteriormente”, disse Thibado. "A taxa de variação da resistência fornecida pelos diodos adiciona um fator extra à potência."

A equipe usou um campo relativamente novo da física para provar que os diodos aumentavam a potência do circuito. "Para provar este aumento de poder, nós nos baseamos no campo emergente da termodinâmica estocástica e estendemos a famosa teoria de Nyquist, quase centenária", disse o co-autor Pradeep Kumar, professor associado de física e coautor.
 
De acordo com Kumar, o grafeno e o circuito compartilham uma relação simbiótica. Embora o ambiente térmico esteja realizando trabalho no resistor de carga, o grafeno e o circuito estão na mesma temperatura e o calor não flui entre os dois.

Essa é uma distinção importante, disse Thibado, porque uma diferença de temperatura entre o grafeno e o circuito, em um circuito que produz energia, contradiria a segunda lei da termodinâmica. "Isso significa que a segunda lei da termodinâmica não é violada, nem há necessidade de argumentar que o 'Demônio de Maxwell' está separando elétrons quentes e frios", disse Thibado.

A equipe também descobriu que o movimento relativamente lento do grafeno induz corrente no circuito em baixas frequências, o que é importante do ponto de vista tecnológico porque a eletrônica funciona com mais eficiência em frequências mais baixas.

"As pessoas podem pensar que a corrente fluindo em um resistor faz com que ele aqueça, mas a corrente browniana não. Na verdade, se nenhuma corrente estivesse fluindo, o resistor esfriaria", explicou Thibado. "O que fizemos foi redirecionar a corrente do circuito e transformá-la em algo útil."

O próximo objetivo da equipe é determinar se a corrente CC pode ser armazenada em um capacitor para uso posterior, uma meta que requer a miniaturização do circuito e padronização em um wafer de silício, ou chip. Se milhões desses minúsculos circuitos pudessem ser construídos em um chip de 1 por 1 milímetro, eles poderiam servir como uma substituição de bateria de baixa potência .

 

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