Последние новости
Главная / Технологии / Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию

Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию

Создано графеновое устройство, способное преобразовывать Броуновское движение в электрическую энергию

Группа исследователей из Арканзасского университета разработала электронную схему с ключевыми компонентами, изготовленными из графена, которая способна преобразовывать энергию теплового движения в электричество. Ученые утверждают, что такая технология сбора и преобразования вторичной тепловой энергии может быть размещена прямо на поверхности кристаллов полупроводниковых чипов и она, эта технология, может стать безграничным источником экологически чистой энергии для датчиков и миниатюрных электронных устройств из разряда Интернета Вещей.

Данное достижение является результатом открытия, сделанного учеными из Арканзаса еще три года назад. Тогда ученым удалось обнаружить, что частицы графена, который является формой углерода с кристаллической решеткой одноатомной толщины, вибрируют своеобразным способом под воздействием Броуновского движения и эти вибрации можно использовать для сбора электрической энергии. Данное открытие являлось весьма спорным, так как оно шло вразрез с теорией Ричарда Фейнмана (Richard Feynman), согласно которой тепловое движение атомов и молекул, известное как Броуновское движение, не может быть использовано для производства полезной работы.

Однако физики из Арканзасского университета нашли, что уже при комнатной температуре движение атомов углерода в графене могут спровоцировать появление переменного электрического тока в специальной схеме, то, что раньше считалось невозможным. Также исследователи выяснили, что количество вырабатываемой энергии можно увеличить за счет специального дизайна схемы и конструкции ее графеновых элементов. К элементам «специального дизайна» относятся высокоскоростные диоды с малым падением напряжения и их присутствие только увеличивает количество преобразованной тепловой энергии.

Наличие диодов в графеновой схеме и увеличение количества преобразованной энергии полностью укладывается в рамки относительно новой области физики, называемой стохастической термодинамикой. Графеновые элементы и окружающая их схема входят в своего рода «симбиотические взаимоотношения», за счет которых преобразованное в электричество тепло воздействует лишь на резистор нагрузки, а графен и вся остальная схема находятся при одной и той же температуре, что исключает теплообмен между ними. Это очень важная часть сделанного открытия, ведь в обратном случае наличие перепада температур между двумя элементами входило бы в противоречие со вторым законом термодинамики.

Свою дальнейшую исследователи из Арканзаса планирую вести в двух параллельных направлениях. Первым направлением будет разработка высокоэффективного «электронного энергетического насоса», который сможет поднять очень низкое напряжение, вырабатываемое графеновым элементом, до значения, позволяющего сохранять эту энергию в конденсаторе или даже аккумуляторной батарее. Вторым направлением станет миниатюризации графеновой схемы, а целью этой работы станет возможность размещения на кристалле, размером 1 на 1 миллиметр, миллионов таких схем, которые в целом могут стать чем-то вроде вечной батарейки, постоянно вырабатывающей небольшое количество энергии.

Смотрите также

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Новая система –комбинация солнечной энергии и соленой воды, может охлаждать любое помещение без подключения электричества.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Что такое естественный феномен «фазового перехода»?Так принято называть состояние, при котором энергия поглощается при растворении кристаллов соли в воде.Иными словами: если в теплую воду добавить соль, она быстро охладится по мере ее растворения.

После экспериментов с различными типами соли было обнаружено, что лучше всего работает одна, известная как нитрат аммония.В основном из-за того, что он хорошо растворим в воде, его охлаждающая способность в четыре раза выше, чем у другой соли — хлорида аммония.В качестве дополнительного бонуса нитрат аммония уже широко используется в удобрениях и стоит недорого.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Экспериментальную установку, разрабатывает в Университете науки и технологий Саудовской Аравии имени короля Абдаллы (KAUST).

Помимо использования при охлаждении зданий, эту систему можно также использовать для охлаждения пищевых продуктов.В лабораторных испытаниях воду с добавлением нитрата аммония помещали в металлическую чашку, которую, в свою очередь, помещали в герметичный ящик из пенополистирола.По мере растворения соли и охлаждения воды температура чашки упала с комнатной (примерно) 25 ºC до 3,6 ºC, примерно за 20 минут.Температура оставалась ниже 15 ºC более 15 часов.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Кроме того, как только вся соль растворилась, для испарения воды использовалось солнечное тепло.Соль осталась в виде кристаллов, которые образовались на чашке — эти кристаллы затем можно собрать и повторно использовать в системе охлаждения.И хотя возможность испарения воды в засушливой среде может показаться расточительной, большая часть этой воды может быть восстановлена ​​и использована повторно с помощью солнечной энергии.

После сравнения ряда солей, нитрат аммония (NH4NO3) показал себя безупречно, с охлаждающей способностью более чем в четыре раза большей, чем у его ближайшего конкурента, хлорида аммония (NH4Cl). Исключительную охлаждающую способность соли нитрата аммония можно объяснить ее высокой растворимостью. Растворимость NH4NO3 достигла 208 граммов на 100 граммов воды, в то время как другие соли, как правило, были ниже 100 граммов.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Новая система –комбинация солнечной энергии и соленой воды, может охлаждать любое помещение без подключения электричества.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Что такое естественный феномен «фазового перехода»?Так принято называть состояние, при котором энергия поглощается при растворении кристаллов соли в воде.Иными словами: если в теплую воду добавить соль, она быстро охладится по мере ее растворения.

После экспериментов с различными типами соли было обнаружено, что лучше всего работает одна, известная как нитрат аммония.В основном из-за того, что он хорошо растворим в воде, его охлаждающая способность в четыре раза выше, чем у другой соли — хлорида аммония.В качестве дополнительного бонуса нитрат аммония уже широко используется в удобрениях и стоит недорого.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Экспериментальную установку, разрабатывает в Университете науки и технологий Саудовской Аравии имени короля Абдаллы (KAUST).

Помимо использования при охлаждении зданий, эту систему можно также использовать для охлаждения пищевых продуктов.В лабораторных испытаниях воду с добавлением нитрата аммония помещали в металлическую чашку, которую, в свою очередь, помещали в герметичный ящик из пенополистирола.По мере растворения соли и охлаждения воды температура чашки упала с комнатной (примерно) 25 ºC до 3,6 ºC, примерно за 20 минут.Температура оставалась ниже 15 ºC более 15 часов.

Без электричества. Охлаждение солью и Солнцем

Кроме того, как только вся соль растворилась, для испарения воды использовалось солнечное тепло.Соль осталась в виде кристаллов, которые образовались на чашке — эти кристаллы затем можно собрать и повторно использовать в системе охлаждения.И хотя возможность испарения воды в засушливой среде может показаться расточительной, большая часть этой воды может быть восстановлена ​​и использована повторно с помощью солнечной энергии.

После сравнения ряда солей, нитрат аммония (NH4NO3) показал себя безупречно, с охлаждающей способностью более чем в четыре раза большей, чем у его ближайшего конкурента, хлорида аммония (NH4Cl). Исключительную охлаждающую способность соли нитрата аммония можно объяснить ее высокой растворимостью. Растворимость NH4NO3 достигла 208 граммов на 100 граммов воды, в то время как другие соли, как правило, были ниже 100 граммов.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Как в действительности выглядит конкуренция между США и Китаем?

CША по-прежнему удерживают преимущество в таких важнейших секторах, как программное обеспечение и полупроводники. Но в таких отраслях, как смартфоны, дроны и электромобили, китайские компании постепенно обретают значительный вес — или уже обогнали своих конкурентов.

Своим ростом Китай обязан множеству факторов: квалифицированной и дешевой рабочей силе, огромным государственным субсидиям, которые вытеснили западных конкурентов из бизнеса. Более того (и это отличает Китай от США) местные инвесторы готовы финансировать дорогостоящие производственные сектора, которые иногда приносят меньшую прибыль, чем компании-разработчики программного обеспечения.

Смартфоны

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Американская компания Apple и южнокорейская компания Samsung — это бренды смартфонов, известные большинству жителей Запада, на их долю в совокупности приходится немногим более одной трети продаваемых в мире смартфонов. Но во многих частях мира, включая Азию и Африку, доминируют китайские бренды, благодаря чему такие компании занимают три из пяти топовых позиций в общемировых рейтингах продаж, о чем свидетельствуют данные IDC Quarterly Mobile Phone Tracker.

Усилия США по прекращению поставок полупроводников для Huawei нанесли ущерб производительности этого китайского технологического гиганта и в последние годы сильно подорвали его продажи, но образовавшийся вакуум быстро заполнили другие китайские бренды. Отчасти за счет захвата доли рынка Huawei в этом году Xiaomi обогнала Apple и стала вторым производителем смартфонов в мире (первое место удерживает Samsung).

Ряд других китайских брендов, которые еще менее известны на Западе, добились больших успехов в Африке и Азии, предлагая недорогие и высококачественные телефоны. Благодаря этому на китайские смартфоны приходится более половины продаж среди 15 ведущих мировых брендов

Телекоммуникационное сетевое оборудование

Китайские технологии впервые привлекли внимание многих жителей Запада именно в секторе телекоммуникаций, где Huawei быстро превратилась в крупнейшего в мире производителя оборудования для вышек сотовой связи, используемого для передачи сигналов.

Доминирующая позиция Huawei была особенно заметна в продажах оборудования для новейших сетей 4G и 5G, которые, как ожидается, станут основой для многих технологий будущего, обеспечивая мобильный трафик данных для беспилотных автомобилей, автоматизированных заводов и тому подобное.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Рост компании отчасти объясняется крупными инвестициями Huawei в разработку и производство оборудования, особенно на фоне того, как американские конкуренты были вынуждены покинуть рынок из-за необходимости больших капиталовложений. Плюс, немаловажную роль сыграл раздробленный западный рынок, из-за которого конкурентам было трудно наращивать свои масштабы.

В результате сегодня практически ни одна американская компания не продает оборудование для телекоммуникационных сетей. Cisco продает коммутаторы и маршрутизаторы, которые находятся во внутренних частях сети оператора связи, но не конкурируют на рынке оборудования вышек сотовой связи, которое позволяет сотовым узлам подключаться к смартфонам и другим мобильным устройствам.

Коммерческие дроны

Сектор коммерческих дронов — один из ярчайших примеров сильных сторон Китая в сфере аппаратного обеспечения. Одна китайская компания, DJI, основанная предпринимателем Фрэнком Вангом, владеет всем американским рынком беспилотных летательных аппаратов, которые используются в сельском хозяйстве, кинематографии, общественной безопасности и аэрофотосъемке.

По данным Drone Industry Insights, американские и другие западные производители практически не представлены в этом секторе, а Skydio — производитель автономных дронов из Калифорнии, основанный тремя выпускниками Массачусетского технологического института, — владеет чуть менее 1% рынка коммерческих дронов в США.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Ожидается, что западные производители могут выиграть от растущих опасений среди федеральных органов США касательно того, что китайские дроны могут быть использованы для шпионажа в пользу Китая.

Электрические транспортные средства

Западные, японские и корейские автопроизводители доминировали на мировом рынке бензиновых автомобилей. Но в бизнесе электромобилей китайские производители начинают создавать большую конкуренцию, особенно внутри Китая, который в настоящее время является крупнейшим автомобильным рынком в мире.

Согласно данным Canalys, которые отражают количество проданных автомобилей, калифорнийская компания Tesla по-прежнему занимает самую большую долю мирового рынка электромобилей и гибридов благодаря сильным продажам в Китае, США и Европе. На втором месте идет Volkswagen Group.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

SGMW — совместное предприятие General Motors и двух китайских автопроизводителей — быстро завоевало долю рынка благодаря стремительным продажам в Китае миниатюрного электромобиля, который может двигаться с максимальной скоростью 100 километров в час. Hong Guang Mini EV появился на рынке в прошлом году по стартовой цене 4500 долларов и быстро стал лидером продаж среди бюджетных покупателей в Китае.

Социальные сети

Успех TikTok показывает, что Китай также набирает обороты в области программного обеспечения — в секторе, в котором долгое время доминировали США.

Рост числа пользователей TikTok в США продолжался даже после того, как администрация Трампа попыталась запретить приложение, заявив, что оно угрожает национальной безопасности, собирая «огромные массивы» пользовательских данных.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Мобильные игры

Китай — это не просто большой рынок мобильных игр. Страна также может предложить огромное число разработчиков таких игр.

По данным Sensor Tower, потребительские расходы на игры огромны и достигли 22,3 миллиарда долларов только в США в прошлом году за счет внутренних покупок в приложениях.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Американская компания Activision Blizzard заняла первое место во втором квартале этого года, захватив 10% потребительских расходов США среди других 25 крупнейших компаний. В портфель Activision Blizzard входят такие игры, как Call of Duty Mobile и Candy Crush Saga. Zynga, американский разработчик Words With Friends, также захватил значительную часть расходов своей аудитории.

Среди китайских разработчиков можно выделить Lilith Games, которая заняла 2 процента того же рынка за квартал благодаря играм AFK Arena и Rise of Kingdoms, а также компанию MiHoYo, которой принадлежит еще 2 процента рынка и игра Genshin Impact.

Аккумуляторы

Литий-ионные батареи играют центральную роль в развивающейся зеленой экономике, обеспечивая питание для электромобилей и хранение солнечной и ветровой энергии для дальнейшего использования. Китай ушел далеко вперед в области их производства: ожидается, что этот разрыв сохранится.

Китай поддерживает свои компании-производители аккумуляторов и электромобилей с помощью государственных субсидий на десятки миллиардов долларов, включая финансирование исследований и разработок, дотации для производителей и финансирование станций зарядки аккумуляторов. Правительство также стимулировало спрос за счет субсидирования покупок электромобилей потребителями, а также искусственно затягивая нормативные сроки регистрации автомобилей с бензиновым двигателем.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Благодаря университетам и национальным лабораториям, финансируемым из федерального бюджета, США проводит немало исследований аккумуляторных технологий. У США также есть Tesla — электромобильный гигант с большими планами по производству аккумуляторов на внутреннем рынке. General Motors также вкладывает огромные средства в производство аккумуляторов.

Солнечные панели

Мировой спрос на солнечные панели стремительно растет, поскольку страны стремятся использовать больше возобновляемых источников энергии. И Китай, безусловно, является крупнейшим поставщиком этой технологии.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

По данным аналитического центра из округа Колумбия — Фонда информационных технологий и инноваций, — региональные и центральные правительства Китая в значительной степени субсидируют производителей солнечных панелей, предоставляя им дешевую землю, электричество и финансирование, оказывая поддержку даже убыточным предприятиям. Рост производства панелей в Китае привел к снижению цен на компоненты во всем мире и вынудил многих западных производителей покинуть бизнес.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Как в действительности выглядит конкуренция между США и Китаем?

CША по-прежнему удерживают преимущество в таких важнейших секторах, как программное обеспечение и полупроводники. Но в таких отраслях, как смартфоны, дроны и электромобили, китайские компании постепенно обретают значительный вес — или уже обогнали своих конкурентов.

Своим ростом Китай обязан множеству факторов: квалифицированной и дешевой рабочей силе, огромным государственным субсидиям, которые вытеснили западных конкурентов из бизнеса. Более того (и это отличает Китай от США) местные инвесторы готовы финансировать дорогостоящие производственные сектора, которые иногда приносят меньшую прибыль, чем компании-разработчики программного обеспечения.

Смартфоны

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Американская компания Apple и южнокорейская компания Samsung — это бренды смартфонов, известные большинству жителей Запада, на их долю в совокупности приходится немногим более одной трети продаваемых в мире смартфонов. Но во многих частях мира, включая Азию и Африку, доминируют китайские бренды, благодаря чему такие компании занимают три из пяти топовых позиций в общемировых рейтингах продаж, о чем свидетельствуют данные IDC Quarterly Mobile Phone Tracker.

Усилия США по прекращению поставок полупроводников для Huawei нанесли ущерб производительности этого китайского технологического гиганта и в последние годы сильно подорвали его продажи, но образовавшийся вакуум быстро заполнили другие китайские бренды. Отчасти за счет захвата доли рынка Huawei в этом году Xiaomi обогнала Apple и стала вторым производителем смартфонов в мире (первое место удерживает Samsung).

Ряд других китайских брендов, которые еще менее известны на Западе, добились больших успехов в Африке и Азии, предлагая недорогие и высококачественные телефоны. Благодаря этому на китайские смартфоны приходится более половины продаж среди 15 ведущих мировых брендов

Телекоммуникационное сетевое оборудование

Китайские технологии впервые привлекли внимание многих жителей Запада именно в секторе телекоммуникаций, где Huawei быстро превратилась в крупнейшего в мире производителя оборудования для вышек сотовой связи, используемого для передачи сигналов.

Доминирующая позиция Huawei была особенно заметна в продажах оборудования для новейших сетей 4G и 5G, которые, как ожидается, станут основой для многих технологий будущего, обеспечивая мобильный трафик данных для беспилотных автомобилей, автоматизированных заводов и тому подобное.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Рост компании отчасти объясняется крупными инвестициями Huawei в разработку и производство оборудования, особенно на фоне того, как американские конкуренты были вынуждены покинуть рынок из-за необходимости больших капиталовложений. Плюс, немаловажную роль сыграл раздробленный западный рынок, из-за которого конкурентам было трудно наращивать свои масштабы.

В результате сегодня практически ни одна американская компания не продает оборудование для телекоммуникационных сетей. Cisco продает коммутаторы и маршрутизаторы, которые находятся во внутренних частях сети оператора связи, но не конкурируют на рынке оборудования вышек сотовой связи, которое позволяет сотовым узлам подключаться к смартфонам и другим мобильным устройствам.

Коммерческие дроны

Сектор коммерческих дронов — один из ярчайших примеров сильных сторон Китая в сфере аппаратного обеспечения. Одна китайская компания, DJI, основанная предпринимателем Фрэнком Вангом, владеет всем американским рынком беспилотных летательных аппаратов, которые используются в сельском хозяйстве, кинематографии, общественной безопасности и аэрофотосъемке.

По данным Drone Industry Insights, американские и другие западные производители практически не представлены в этом секторе, а Skydio — производитель автономных дронов из Калифорнии, основанный тремя выпускниками Массачусетского технологического института, — владеет чуть менее 1% рынка коммерческих дронов в США.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Ожидается, что западные производители могут выиграть от растущих опасений среди федеральных органов США касательно того, что китайские дроны могут быть использованы для шпионажа в пользу Китая.

Электрические транспортные средства

Западные, японские и корейские автопроизводители доминировали на мировом рынке бензиновых автомобилей. Но в бизнесе электромобилей китайские производители начинают создавать большую конкуренцию, особенно внутри Китая, который в настоящее время является крупнейшим автомобильным рынком в мире.

Согласно данным Canalys, которые отражают количество проданных автомобилей, калифорнийская компания Tesla по-прежнему занимает самую большую долю мирового рынка электромобилей и гибридов благодаря сильным продажам в Китае, США и Европе. На втором месте идет Volkswagen Group.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

SGMW — совместное предприятие General Motors и двух китайских автопроизводителей — быстро завоевало долю рынка благодаря стремительным продажам в Китае миниатюрного электромобиля, который может двигаться с максимальной скоростью 100 километров в час. Hong Guang Mini EV появился на рынке в прошлом году по стартовой цене 4500 долларов и быстро стал лидером продаж среди бюджетных покупателей в Китае.

Социальные сети

Успех TikTok показывает, что Китай также набирает обороты в области программного обеспечения — в секторе, в котором долгое время доминировали США.

Рост числа пользователей TikTok в США продолжался даже после того, как администрация Трампа попыталась запретить приложение, заявив, что оно угрожает национальной безопасности, собирая «огромные массивы» пользовательских данных.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Мобильные игры

Китай — это не просто большой рынок мобильных игр. Страна также может предложить огромное число разработчиков таких игр.

По данным Sensor Tower, потребительские расходы на игры огромны и достигли 22,3 миллиарда долларов только в США в прошлом году за счет внутренних покупок в приложениях.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Американская компания Activision Blizzard заняла первое место во втором квартале этого года, захватив 10% потребительских расходов США среди других 25 крупнейших компаний. В портфель Activision Blizzard входят такие игры, как Call of Duty Mobile и Candy Crush Saga. Zynga, американский разработчик Words With Friends, также захватил значительную часть расходов своей аудитории.

Среди китайских разработчиков можно выделить Lilith Games, которая заняла 2 процента того же рынка за квартал благодаря играм AFK Arena и Rise of Kingdoms, а также компанию MiHoYo, которой принадлежит еще 2 процента рынка и игра Genshin Impact.

Аккумуляторы

Литий-ионные батареи играют центральную роль в развивающейся зеленой экономике, обеспечивая питание для электромобилей и хранение солнечной и ветровой энергии для дальнейшего использования. Китай ушел далеко вперед в области их производства: ожидается, что этот разрыв сохранится.

Китай поддерживает свои компании-производители аккумуляторов и электромобилей с помощью государственных субсидий на десятки миллиардов долларов, включая финансирование исследований и разработок, дотации для производителей и финансирование станций зарядки аккумуляторов. Правительство также стимулировало спрос за счет субсидирования покупок электромобилей потребителями, а также искусственно затягивая нормативные сроки регистрации автомобилей с бензиновым двигателем.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

Благодаря университетам и национальным лабораториям, финансируемым из федерального бюджета, США проводит немало исследований аккумуляторных технологий. У США также есть Tesla — электромобильный гигант с большими планами по производству аккумуляторов на внутреннем рынке. General Motors также вкладывает огромные средства в производство аккумуляторов.

Солнечные панели

Мировой спрос на солнечные панели стремительно растет, поскольку страны стремятся использовать больше возобновляемых источников энергии. И Китай, безусловно, является крупнейшим поставщиком этой технологии.

Технологическая гонка США и Китая. 8 графиков: кто кого?

По данным аналитического центра из округа Колумбия — Фонда информационных технологий и инноваций, — региональные и центральные правительства Китая в значительной степени субсидируют производителей солнечных панелей, предоставляя им дешевую землю, электричество и финансирование, оказывая поддержку даже убыточным предприятиям. Рост производства панелей в Китае привел к снижению цен на компоненты во всем мире и вынудил многих западных производителей покинуть бизнес.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *