Físicos constroem circuito que gera energia limpa e ilimitada a partir do GRAFENO

Uma equipe de físicos da Universidade do 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 pode ser incorporado a um chip para fornecer energia limpa, ilimitada e de baixa tensão para pequenos dispositivos ou sensores”, disse Paul Thibado, professor de física e pesquisador principal 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 autônomo – uma única camada de átomos de carbono – ondula e se dobra de uma maneira que promete a colheita 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 pode realizar trabalho. 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, um portão elétrico 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 AC em corrente contínua (DC). Com os diodos em oposição, permitindo que a corrente flua nos dois sentidos, eles fornecem caminhos separados através do circuito, produzindo uma corrente CC pulsante que realiza trabalho em um resistor de carga.
Crédito: Universidade do Arkansas

Além disso, eles descobriram que seu design aumentava a quantidade de energia fornecida. “Também descobrimos que o comportamento de ligar-desligar dos diodos, na verdade, amplifica a potência fornecida, em vez de reduzi-la, como se pensava anteriormente”, disse Thibado. “A taxa de mudança na 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. “Ao provar esse aumento de poder, extraímos do campo emergente da termodinâmica estocástica e estendemos a célebre teoria de Nyquist, quase centenária”, disse o coautor Pradeep Kumar, professor associado de física e coautor.

Segundo 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, contraria 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 de forma mais eficiente 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 não houvesse corrente, o resistor esfriaria”, explicou Thibado. “O que fizemos foi redirecionar a corrente no 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, um objetivo que requer miniaturizar o circuito e padronizá-lo em uma pastilha ou chip de silício. Se milhões desses minúsculos circuitos pudessem ser construídos em um chip de 1 milímetro por 1 milímetro, eles poderiam servir como uma substituição de bateria de baixa potência .