การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบกระเพื่อมของกราฟีนชิ้นเล็กๆ ถูกควบคุมโดยวงจรพิเศษที่ให้พลังงานไฟฟ้าแรงดันต่ำ ระบบนี้สร้างขึ้นโดยนักวิจัยในสหรัฐอเมริกาและสเปน ซึ่งกล่าวว่าหากสามารถทำซ้ำบนชิปได้มากพอ ระบบก็จะส่งมอบ “พลังงานแรงดันต่ำที่สะอาด ไร้ขีดจำกัด สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก” การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคเล็กๆ
ที่ถูกอะตอมหรือโมเลกุลชนกันในของเหลวหรือก๊าซ
และแนวคิดในการควบคุมการเคลื่อนไหวนี้เพื่อทำงานที่มีประโยชน์นั้นมีประวัติอันยาวนานและซับซ้อน ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 Richard Feynman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลได้เผยแพร่การทดลองทางความคิดที่รู้จักกันในชื่อ “Brownian ratchet” ซึ่งเกิดขึ้นในปี 1912 โดย Marian Smoluchowski นักฟิสิกส์ชาวโปแลนด์ สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับล้อพายที่เชื่อมต่อด้วยเพลากับเฟืองเกียร์แบบวงล้อ ทั้งแป้นพายและวงล้อถูกแช่อยู่ในของเหลว ระบบนี้ถูกจินตนาการว่ามีขนาดเล็กพอที่จะทำให้การกระแทกของโมเลกุลเดียวเพียงพอที่จะหมุนไม้พายได้ เนื่องจากวงล้อ แป้นพายสามารถหมุนได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นจึงปรากฏว่าสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของพายแบบบราวเนียนเพื่อทำหน้าที่หมุนเพลาได้
อย่างไรก็ตาม ไฟน์แมนแสดงให้เห็นว่าหากของเหลวทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน การชนกันทั่วทั้งระบบจะป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น วิธีเดียวที่จะทำงานได้ Feynman กล่าวคือถ้าของเหลวมีอุณหภูมิแตกต่างกันทำให้ Brownian ratchet เป็นเครื่องยนต์ความร้อน
กราฟีนอิสระในการศึกษาใหม่ของพวกเขาPaul Thibado นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอาร์คันซอ และเพื่อนร่วมงานได้เปลี่ยนไม้พายด้วยแผ่นกราฟีนอิสระซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอนเพียงชั้นเดียว ในการศึกษาปี 2014 ทีมวิจัยใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนอุโมงค์เพื่อค้นพบว่ากราฟีนกระเพื่อมไปมาที่อุณหภูมิห้องเหมือนคลื่นบนพื้นผิวมหาสมุทร อันที่จริง ระลอกคลื่นเหล่านี้ทำให้แผ่นมีความมั่นคงตามที่ต้องการ
วงจรการเก็บเกี่ยวพลังงานของทีมมีแผ่นกราฟีน
ที่กระเพื่อมถัดจากอิเล็กโทรด ในขณะที่แผ่นระลอกคลื่นจากเว้าเป็นนูน – เข้าใกล้และห่างจากอิเล็กโทรดมากขึ้น – ทั้งคู่ทำตัวเป็นตัวเก็บประจุแบบแปรผันที่สร้างกระแสสลับ ในการออกแบบวงจรใหม่ ทีมงานได้รวมตัวเก็บประจุแบบแปรผันนี้เข้ากับไดโอดคู่ตรงข้ามที่ต่อสายขนานกัน สิ่งนี้สร้างสองเส้นทางแยกกันสำหรับกระแสที่ไหลในแต่ละทิศทาง ด้วยวิธีนี้ สามารถใช้เส้นทางใดเส้นทางหนึ่งเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุที่จัดเก็บซึ่งสามารถนำไปล้างเพื่อทำงานในภายหลังได้ เช่น ในการให้แสงสว่างหลอดไฟหรือการจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกัน
นักวิจัยรายงานว่าระบบไดโอดคู่ของพวกเขาทำหน้าที่ในการเพิ่มกำลัง: “เรายังพบว่าพฤติกรรมการเปิด-ปิดที่เหมือนสวิตช์ของไดโอดนั้นจริง ๆ แล้วขยายกำลังที่ส่ง แทนที่จะลดตามที่คิดไว้ก่อนหน้านี้” Thibado อธิบาย . “อัตราการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของไดโอดจะเพิ่มปัจจัยพิเศษให้กับพลังงาน”
ความสัมพันธ์แบบ “พึ่งพาอาศัยกัน”แต่การตั้งค่านี้ทำงานอย่างไรเมื่อวงล้อ Brownian ล้มเหลว นักวิจัยอธิบายว่าความสำเร็จอยู่ที่การที่กราฟีนและวงจรมีความสัมพันธ์แบบ “สัมพันธ์กัน” แม้ว่าวงจรจะยอมให้สภาพแวดล้อมทางความร้อนทำงานบนตัวต้านทานโหลด แต่วงจรและกราฟีนจะทำงานที่อุณหภูมิเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าไม่มีความร้อนไหลผ่านระหว่างทั้งสอง
“นี่หมายความว่ากฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ไม่ถูกละเมิด และไม่จำเป็นต้องโต้แย้งว่า ‘Maxwell’s Demon’ กำลังแยกอิเลคตรอนร้อนและเย็นออกจากกัน” Thibado อธิบาย
เขาชี้ให้เห็นว่าการทำงานของอุปกรณ์ใหม่นี้
ไม่ได้ขึ้นอยู่กับแนวคิดเก่าที่ว่าไดโอดตัวเดียวสามารถนำมาใช้ในวงจรดังกล่าวเพื่อให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงไหลผ่านได้ในขณะที่ปิดกั้นอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่ำ แนวคิดนี้ถูกปฏิเสธในปี 1950 โดย Léon Brillouin นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เพราะมันจะทำให้ไดโอดด้านหนึ่งร้อนขึ้น สิ่งนี้จะนำไปสู่อนุภาคที่ไหลจากความเย็นไปสู่ความร้อน ซึ่งละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
เปลี่ยนเส้นทางปัจจุบัน“ผู้คนอาจคิดว่ากระแสที่ไหลในตัวต้านทานจะทำให้มันร้อนขึ้น แต่กระแสบราวเนียนไม่ทำ ในความเป็นจริง ถ้าไม่มีกระแสไหล ตัวต้านทานจะเย็นลง” Thibado กล่าวเสริม “สิ่งที่เราทำคือเปลี่ยนเส้นทางกระแสในวงจรและแปลงเป็นสิ่งที่มีประโยชน์”
อ่านเพิ่มเติมศูนย์วิศวกรรมและนวัตกรรม Graphene (GEIC) เปิดตัวในแมนเชสเตอร์ การนำกราฟีนจากวัสดุมหัศจรรย์มาสู่เทคโนโลยีในโลกแห่งความเป็นจริง
“วงจรการเก็บเกี่ยวพลังงานที่ใช้กราฟีนสามารถรวมเข้ากับชิปเพื่อให้พลังงานสะอาด ไร้ขีดจำกัด แรงดันต่ำสำหรับอุปกรณ์หรือเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก” เขากล่าวเสริม
เมื่อการศึกษาเบื้องต้นเสร็จสิ้น นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อเก็บกระแสไฟฟ้า DC ที่ผลิตโดยวงจรการเก็บเกี่ยวพลังงานภายในตัวเก็บประจุเพียงพอสำหรับใช้ในภายหลัง ซึ่งเป็นเป้าหมายที่ต้องการการลดขนาดวงจรและการสร้างลวดลายบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนหรือ ชิป. หากพิสูจน์ได้ว่าเป็นไปได้ที่จะทำซ้ำวงจรหลายล้านครั้งบนชิปขนาดหนึ่งตารางมิลลิเมตร Thibado กล่าวว่า “สิ่งนี้สามารถเปลี่ยนแบตเตอรี่ได้”
เครื่องมือวัดปริมาณซอฟต์แวร์ใหม่ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในสหรัฐอเมริกาเพื่อวิเคราะห์ความผิดปกติของสารสีขาวในทารกที่คลอดก่อนกำหนด ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) นี้สามารถทำนายความเสี่ยงในการพัฒนามอเตอร์ ซึ่งรวมถึงสมองพิการด้วยวิธีการที่มีวัตถุประสงค์มากกว่าเครื่องมือวินิจฉัยที่มีอยู่
ปัจจุบัน เด็กส่วนใหญ่ที่คลอดก่อนกำหนดมาก (อายุครรภ์ก่อน 30 สัปดาห์) อยู่รอดได้ อย่างไรก็ตาม เกือบ 70% ของทารกคลอดก่อนกำหนดเหล่านี้แสดงความผิดปกติในสมองสีขาว นอกจากนี้ ครึ่งหนึ่งของเด็กที่คลอดก่อนกำหนดมักมีความผิดปกติของการเคลื่อนไหวเล็กน้อย และมากถึง 10% พัฒนาสมองพิการ (CP)
Credit : dragonsonslair.com drewsdrumtracks.net drvirgilius.com easycashloansbocomprehensive.com easydoesit21.com
