Ces dernières années, les recherches en physique des matériaux ont mis en lumière les propriétés spectaculaires du graphène. Du filtration de l’eau à la détection électromagnétique à travers la médecine, ce matériel permet d’améliorer et d’optimiser de nombreuses technologies. Récemment, des chercheurs ont découvert une autre de ces propriétés extraordinaires: lorsqu’il est sous forme monocouche, le graphène s’agite à l’échelle atomique et il est possible de convertir cette agitation en énergie propre et pratiquement illimitée pour le carburant. petits circuits électroniques.

Une équipe de physiciens de l’Université de l’Arkansas (UA) a développé avec succès un circuit capable de capturer le mouvement thermodynamique du graphène et de le convertir en courant électrique. ” Un circuit de récupération d’énergie à base de graphène pourrait être incorporé dans une puce pour fournir une alimentation basse tension propre et illimitée pour les petits appareils ou capteurs », Explique Paul Thibado, professeur de physique.

Les résultats, publiés dans la revue Révision physique E, sont la preuve d’une théorie développée par les physiciens de l’UA il y a trois ans, selon laquelle le graphène autonome – une seule couche d’atomes de carbone – ondule et se déforme de telle manière que l’énergie peut en être extraite.

Deux diodes pour extraire l’énergie du graphène

L’idée de tirer de l’énergie du graphène est controversée, car elle réfute l’affirmation bien connue du physicien Richard Feynman selon laquelle le mouvement thermique des atomes, connu sous le nom de mouvement brownien, n’est pas de l’énergie. L’équipe de Thibado a découvert qu’à température ambiante, le mouvement thermique du graphène induit en fait un courant alternatif (AC) dans un circuit.

Schéma de circuit utilisé par les chercheurs. Les deux diodes fournissent deux chemins différents pour générer un courant continu utilisable. Crédits: PM Thibado et al. 2020

Dans les années 1950, le physicien Léon Brillouin a publié un article historique réfutant l’idée que l’ajout d’une seule diode (une porte électrique unidirectionnelle) à un circuit était la solution pour récupérer l’énergie du mouvement brownien. Sachant cela, le groupe de Thibado a construit son propre circuit avec deux diodes pour convertir le courant alternatif en courant continu (DC). Avec des diodes opposées permettant au courant de circuler dans les deux sens, elles fournissent des chemins séparés à travers le circuit, produisant un courant continu pulsé qui traverse une résistance de charge.

READ  Orange encourage les Français à recycler les vieux téléphones portables qui «dorment» dans leurs tiroirs

De plus, ils ont constaté que leur système augmentait la quantité d’énergie fournie. ” Nous avons également constaté que le comportement marche / arrêt des diodes, comme un interrupteur, amplifie en fait la puissance délivrée, plutôt que de la réduire, comme on le pensait auparavant. Le taux de changement de résistance fourni par les diodes ajoute un autre facteur à la puissance »Dit Thibado.

Un courant basse fréquence intéressant pour les technologies électroniques

L’équipe a utilisé un domaine relativement nouveau de la physique pour montrer que les diodes augmentent la puissance du circuit. ” Pour démontrer cette amélioration de la puissance, nous nous sommes inspirés du domaine émergent de la thermodynamique stochastique et avons étendu la célèbre théorie de Nyquist, vieille de près d’un siècle. »Explique Pradeep Kumar. La théorie de Nyquist est une théorie d’échantillonnage qui régule la conception des circuits électroniques à signaux mixtes, en particulier dans le cas de la transformation AC / DC.

Sur le même sujet: Le nouvel appareil au graphène transforme les ondes Wi-Fi en énergie utilisable

Selon Kumar, le graphène et le circuit partagent une relation symbiotique. Bien que l’environnement thermique applique le travail à la résistance de charge, le graphène et le circuit sont à la même température et la chaleur ne circule pas entre les deux. C’est une distinction importante, car une différence de température entre le graphène et le circuit, dans un circuit qui produit de l’énergie, contredirait la deuxième loi de la thermodynamique sur l’entropie. Cela signifie donc que la deuxième loi de la thermodynamique n’est pas violée.

READ  La fin de la 3DS marque un point d'inflexion pour les jeux portables

L’équipe a également constaté que le mouvement relativement lent du graphène induit un courant dans le circuit à basses fréquences, ce qui est technologiquement important car l’électronique fonctionne plus efficacement aux basses fréquences. ” Les gens peuvent penser que le courant traversant une résistance provoque son échauffement, mais pas le courant brownien. En fait, si aucun courant ne circule, la résistance se refroidira. Ce que nous avons fait, c’est rediriger le courant à travers le circuit pour le transformer en quelque chose d’utile », Explique Thibado.

Le prochain objectif de l’équipe est de déterminer si le courant continu peut être stocké dans un condensateur pour une utilisation ultérieure, un objectif qui nécessite que le circuit soit miniaturisé et structuré sur une plaquette ou une puce de silicium. Si des millions de ces minuscules circuits pouvaient être construits sur une puce de 1 x 1 millimètre, ils pourraient servir d’alternative à une batterie de faible puissance.

Sources: Révision physique E