Korrapäratu liikumine annab lõputult energiat
Kiht omapead jäetud süsinikuaatomeid – ja ühtäkki elekter. Füüsikud pidasid 50 aastat võimatuks ammutada energiat aatomite soojusliikumisest, aga nüüd on uudse tehnoloogia abil välja töötatud vooluallikas, mis erinevalt patareidest võib igavesti energiat anda.
Kujutle akut, mida ei pea kunagi laadima, vaid mis annab elektrit igavesti. See kõlab nagu ulme, ent USA Arkansase ülikooli teadlased on just sellise leiutisega hakkama saanud. Nad on valmistanud kiibi, mis saab energiat erilise süsinikmaterjali grafeeni aatomite soojusliikumisest. Saadavat energiat võiks kasutada selleks, et anda energiat (esialgu) väikestele elektriseadmetele.
„Muundasime soojusliikumise grafeenis elektrivooluks. Seda on siiani võimatuks peetud,“ rääkis Arkansase ülikooli füüsikaprofessor Paul M. Thibado ajakirjale Imeline Teadus. Thibado ja ta kolleegide tegevus on tähelepanuväärne, sest teadlased teavad, et aatomite soojusliikumisest energia ammutamine ja selle elektrivooluks muundamine kummutas pool sajandit füüsikamaailmas püsinud seisukoha. Ja nad tegid seda grafeeniga, mille valmistamist pidasid füüsikud aastakümneid võimatuks. Seega on neil õnnestunud luua täiesti uus energiaallika vorm, mida ei ole vaja kunagi pistikupessa pista ning saab tulevikus kasutada igasugustes seadmetes, alates käekelladest kuni südamesimulaatoriteni.
Erinevalt teistest materjalidest ei ole grafeen kolme-, vaid kahemõõtmeline. See on oma olemuselt üliõhuke süsinikukiht, mille paksus on ainult üks aatom. Aatomid asetsevad kuusnurkseid kärgi meenutava struktuurina, nii et grafeen meenutab naljaga pooleks pisut kanavõrku. Thibado ja ta kolleegid avastasid, et üksik grafeenikiht või -leht ei ole oma tavaolekus rahulik või staatiline nagu laual lebav paberileht, vaid lainetab toatemperatuuril edasi-tagasi. Seda lainetust on grafeenil tarvis, et stabiilsena püsida.
„Me kujutame grafeeni liikumist ette nagu merelaineid,“ ütles Paul M. Thibado Imelisele Teadusele. „Oleme vaadelnud perioodilisi lainelisi liikumisi, juhuslikke laineliikumisi ja isegi hiidlaineid.“
Pärast seda, kui Thibado ja ta kolleegid 2014. aastal need lainetused avastasid, mõtlesid nad, et nende lainetuste soojusenergiat peab olema võimalik kuidagiviisi kinni püüda ja muundada elektrivooluks umbes samamoodi, nagu tavaline laineenergiajaam muundab merelainete liikumisenergia elektriks. Selle tulemusena saaks valmistada vooluallika, mida ei oleks erinevalt akust tarvis kunagi laadida, vaid mis muudkui annaks elektrit. Thibadol oli aga suur mure: 20. sajandi üks suurimaid füüsikuid oli juba tõestanud, et sellise vooluallika ehitamine on peaaegu võimatu.
Grafeeni olemasolu teemal spekuleeris esimest korda Kanada füüsik P. R. Wallace 1947. aastal, ent ta ise kahtles, kas selline materjal võiks siiski kunagi eksisteerida millegi muu kui valemitena auditooriumitahvlil.
Tema kahtluse pühkisid 2004. aastal justkui tahvlilapiga minema kaks Manchesteri ülikoolis tegutsevat ja Nobeli auhinnaga pärjatud füüsikut, Andre Geim ja Konstantin Novoselov. Neil teadlastel õnnestus grafeeni laboris valmistada ja luua niiviisi maailma esimene kahemõõtmeline materjal.
Loe grafeeni lainetustest energia ammutamisest lähemalt novembri Imelisest Teadusest!
