Графен даст ток
Графен может быть ключом к извлечению энергии из морских волн. Изображение: Dr. Yong Ni

Графен может быть ключом к извлечению энергии из морских волн. Изображение: Dr. Yong Ni

Китайские физики предлагают использовать графен для «выуживания» энергии из океанов

Физики из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики научились получать электричество, погружая листы графена в подсоленную жидкость. В перспективе в распоряжении человечества может появиться еще один неисчерпаемый источник энергии в водах морей и океанов. Выводы ученых опубликованы в журнале Nature Communications.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, объединенных в структуру, похожую на пчелиные соты. О теоретической возможности существования графена ученые знали достаточно давно, однако первый образец графена был создан лишь в 2004 году российско-британскими физиками Константином Новоселовым и Андреем Геймом. За это открытие они в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике.

«Нобелевский углерод» обладает рядом уникальных физических свойств — сверхвысокой электрической и тепловой проводимостью, высокой механической прочностью и химической инертностью, а также почти стопроцентной прозрачностью. Эти свойства позволили ученым создать при помощи графена контактные линзы-тепловизоры, детекторы одиночных нитей ДНК и несколько десятков видов сверхбыстрых транзисторов. Пока такие разработки носят «штучный» характер из-за проблем с массовым производством графена, которые, похоже, будут скоро решены.

Ваньлинь Го из Нанкинского университета (Китай) и его коллеги достаточно продолжительное время изучают физические свойства поверхности одиночных листов графена. В ходе экспериментов физики заметили, что если провести листом графена по поверхности подсоленной воды или же погрузить лист в воду, то он начинает накапливать электрический заряд.

Уникальные свойства и «плоскость» графена позволяют ему «выуживать» ток из колебаний воды. Изображение: Jun Yin

Уникальные свойства и «плоскость» графена позволяют ему «выуживать» ток из колебаний воды. Изображение: Jun Yin

Для китайских исследователей это стало полной неожиданностью. Ведь в соответствии с классической теорией электрокинетики ток в графене должен был появиться только в том случае, если давление жидкости на лист «нобелевского углерода» было бы разным в разнесенных друг от друга точках на его поверхности. Как поясняют сами авторы статьи, отсутствие этого давления ранее считалось причиной того, почему физикам так и не удалось приспособить другие наноматериалы, в том числе углеродные нанотрубки, для извлечения тока из энергии морских и океанических волн.

Го и его коллеги пока точно не знают, как возникает ток в листе графена — его появление нельзя объяснить при помощи всех известных принципов электрокинетики. Ученые предполагают, что так как подобный эффект не проявляется при погружении «электростанции» в дистиллированную воду, ионы натрия и хлора должны быть ключом к разгадке этого процесса.

Как считают физики, уникальные электрофизические свойства графена могут заставлять «отрицательный» хлор и «положительный» натрий выстраиваться в параллельные линии на границе между графеном и водой. Ионы хлора двигаются в воде заметно медленнее, чем ионы натрия, из-за чего при погружении и всплытии на поверхности листа «нобелевского углерода» будет скапливаться положительный заряд, который можно преобразовать в электрический ток.

Ободренные этим открытием, Го и его коллеги попытались приспособить его для практических целей. Сначала они собрали «наноэлектростанцию», которая представляла собой «сэндвич» из полоски графена размером с маленькую линейку, присоединенных к ней серебряных электродов и кусочков пластика и кремния, защищающих их от коррозии. Затем ученые создали источник энергии — колбу с рассолом, напоминавшим по своим свойствам и составу морскую воду.

Во время эксперимента физики имитировали движение волн в сосуде, периодически погружая и вынимая «электростанцию» из рассола или двигая ее по поверхности воды. В результате этих движений в полоске возникал относительно слабый, но тем не менее хорошо заметный электрический ток с напряжением в 0,1 вольт и силой в 11 микроампер. Это очень скромные значения, однако при увеличении площади графенового «полотнища» и скорости движения волн сила и напряжение тока будут значительно выше.

Группа Го считает, что у этого открытия очень широкие перспективы для применения на практике. По их словам, в ближайшем будущем эта технология позволит создать «волновые» электростанции, которые будут вырабатывать ток при погружении в море. Их главные преимущества — высокая экологичность и отсутствие движущихся частей, что заметно сократит эксплуатационные расходы. А сегодня подобные графеновые «полотна» можно использовать в качестве источника питания для GPS-навигаторов и научных инструментов в автономных морских буйках и станциях.

Следует отметить, что не все ученые согласны с тем, что графен практически безвреден для здоровья людей и экологии. Микроскопические кусочки графена смертельно опасны для большинства бактерий, а оксид графена токсичен для мышей и других млекопитающих. Поэтому следует крайне осторожно подходить к вопросу о массовом производстве графеновых электростанций и их использованию в водах открытого океана.

Гражданин угрожающий Далее в рубрике Гражданин угрожающийВ Азербайджане обеспокоены новым российским законом об упрощенной выдаче гражданства

Комментарии

06 мая 2014, 22:57
землю китайскую удобрениями под завязку напичкали, теперь моря еще какой-нибудь гадостью зальют, так и лишимся пригодных для жизни пространств
07 мая 2014, 12:15
Вообще то есть закон который говорит о том,что забрав энергию из океана мы убьем океан. Что мы будем пить,что мы будем есть,если океан станет мертвой водой?
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Читайте самое важное в вашей ленте
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте наиболее актуальные материалы
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»