1: 2017/12/19(火) 23:50:07.50 ID:CAP_USER
軽くて薄く、そして強靱な素材として知られるグラフェン。この2次元の原子シートを用いることで無尽蔵にエネルギーを得られる可能性があることが、米大学の研究で明らかになった。鍵を握るのは、グラフェンの「ゆらぎ」だ。

ミクロの世界は、われわれを「ゆらぎ」の世界へといざなってくれる。液体の中にある微粒子を顕微鏡で見てみると、それらは生物のようにゆらゆらと不規則にうごめいて見えるはずだ。その理由は、熱運動する原子や分子が、溶媒中の微粒子と常にぶつかり合っているからだという。

この無尽蔵の「ゆらぎ」は、もしかすると人類に究極のクリーンエネルギーを提供してくれる鍵となるかもしれない。米アーカンソー大学の物理学者チームが、グラフェンの持つ特徴的な「ゆらぎ」から、エネルギーを取り出すことができるという強力な証拠を発見したのだ。

■2次元グラフェンの存在を可能にする「ゆらぎ」

鉛筆の芯の材料であるグラファイト(黒鉛)から生まれたことで知られるグラフェンは、軽くて薄く、そして強靱なことから「夢の素材」とも称される。これは蜂の巣のような六角形の構造が規則正しく平面上に繰り返された、2次元の原子シートである。ところがグラフェン自体、そもそも物理的に存在不可能な構造であるはずなのだという。

「グラフェンのように原子1個分の厚みをもつ平坦な素材とは、本質的にとても不安定で、超低温でも溶融してしまうはずなのです」と、米アーカンソー大学の物理学者ポール・ティバード教授は『WIRED』日本版の取材に説明する。これは「マーミン=ワグナーの定理」として知られている。「ですから、2004年のグラフェン発見は非常に驚くべきことでした」

ティバードをはじめとする研究チームは、2010年より“規格外の物質”であるグラフェンが存在しうる物理学の抜け穴を探し続けてきた。その結果、グラフェンは完全に平坦ではありえないことがわかってきたという。「2次元の素材は、存在するために波形で構成されていなければならないはずです」と、ティバードは言う。それも静止した状態ではなく、常に動き回るダイナミックなそれだ。つまりグラフェンは、熱運動により常に「ゆらいで」いるのである。

「この動きをブラウン運動といいます。実際にわたしたちの目でグラフェンの表面を見ることができたとすれば、海の表面のようだと形容できることでしょう。それらの波は不規則に上下したり、周期的に動いたりし、ときには表面を横切る“はぐれ波”のようなものもあります」

彼らは、走査トンネル顕微鏡を用いた実験と、シミュレーションを用いた理論的研究を経て、原子1個分のスケールでグラフェンの上下運動を監視できる技術を開発。まるで海面で上下するブイのように動くグラフェンの高さと時間データセットから速度を計算し、速度分布率を作成した。

するとこのデータから、グラフェンは思いもよらないスピードで上下していることがわかった。それらの動きはブラウン運動の「ゆらぎ」に加えて、さらに大きい高さをもつものだった。物理学ではこの現象をレヴィ飛翔と呼んでいるが、この非常に珍しい現象が、グラフェンでは毎秒何百回も起こっていたのだという。

「この謎を解明するのがわれわれのブレークスルーの鍵でした」と、ティバードは説明する。「最先端の分子動力学シミュレーションによって、グラフェンは単に振動しているだけではなく、波形に湾曲したグラフェンが凸面から凹面に反転することがわかったのです」

続きはソースで

https://wired.jp/2017/12/19/energy-from-graphene/
ダウンロード (1)


引用元: 【ナノテク】二次元材料グラフェンから無尽蔵のクリーンエネルギーを取り出せる可能性 

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4: 2017/12/19(火) 23:57:33.76 ID:I/TCBzm6
グラフェンのゆらぎ運動エネルギーを電気に変換して取り出す
→ゆらぎが減って電気が取り出せなくなっておしまい

5: 2017/12/19(火) 23:58:11.93 ID:LZmmwrhb
そのグラフェンの2次元運動を強制的に抑止させようとすると発熱するとかないわけ?

7: 2017/12/20(水) 00:01:03.94 ID:oYRuT7bY
メタンハイドレードみたいに、いつまで経っても実用化されないんだろうな。
そのうち始まる「グラフェン詐欺」

9: 2017/12/20(水) 00:09:24.84 ID:TKK9gZgX
グラフェンからエネルギー奪ったら
グラフェンの温度が下がるんじゃないの?
温度が下がったら周囲から熱を奪う
結局、周囲の熱をエネルギーに変えてるだけじゃないの?
そうなると無限に温度を下げられない以上
とりだせるエネルギーも限界があるんじゃないの?

11: 2017/12/20(水) 00:15:34.38 ID:cy5+LByn
>>9
つまりは、熱電変換素子ってことさね
変換効率が高いんじゃまいか

10: 2017/12/20(水) 00:13:20.88 ID:aD0lF1nC
それだったら、永遠に温度差があれば温度差発電が成立するのと同じやねw

14: 2017/12/20(水) 00:19:55.55 ID:A1o7Kh6Y
グラフェンのブラウン運動を電気に変換するということか

熱エネルギーは太陽から半永久的に供給されるから
熱電変換という意味では太陽の寿命程度には無尽蔵といえなくもないかも

でも熱的に外部から遮断されていたら成り立たない話だから
グラフェンから無尽蔵にエネルギー取り出すというのは語弊があるな

15: 2017/12/20(水) 00:22:14.31 ID:MGb+HWfv
マクスウェルの悪魔?

16: 2017/12/20(水) 00:23:42.94 ID:jC2iJg/O
取り出せてから教えてクレヨ

18: 2017/12/20(水) 00:29:51.79 ID:fZ6ajpME
俺は毎日2次元嫁からパワーを貰ってる(´・ω・`)

19: 2017/12/20(水) 00:31:11.58 ID:ALo74BaB
これ、温度差とかじゃなくて、単に熱さえあれば電気に変換できるってこと?
エントロピーというか、熱力学第二法則的にありなのこれ???

21: 2017/12/20(水) 00:37:25.78 ID:JDNFWms+
>>19
だったら夢の冷却装置だなw

>この運動エネルギーをいかに変換し、電荷として蓄積するのかは技術的な課題
このプロセスでかなりの制限が出てくるんじゃね?

23: 2017/12/20(水) 00:39:01.62 ID:1NyHJi/u
>>19
外部から熱を加えるならエネルぎ保存則からは逸脱しない。
ただ、それだと加えたエネルぎ分しか電気に変わらないので
大した量にはならない。

38: 2017/12/20(水) 03:33:21.19 ID:ALo74BaB
>>23
保存則(熱力学第一法則)の問題じゃなくてさ、
質の低いエネルギー(熱)を質の高いエネルギー(電気)に変えられちゃうのが
熱力学第二法則的にやばいんじゃ?っていう話。

48: 2017/12/20(水) 10:08:30.27 ID:A1o7Kh6Y
>>38
熱力学の第二法則は、熱をすべて仕事に変えることはできないと述べている
それを許すと低温熱源から高温熱源に熱が自然に移動できることになって
第2種永久機関が実現してしまう

このグラフェン発電の場合は効率100%にはならないだろうし
仮に効率100%で熱(グラフェンの分子運動)を電気に変換できたとしても
外部からさらに熱を投入しないかぎり熱を失ったグラフェンは
静止して分解してしまうので第二法則に抵触することはないと思う

20: 2017/12/20(水) 00:34:56.11 ID:xiBc3Nls
発電にこだわってるようだが
熱ノイズで波長が狂うんなら
次世代の薄型使い捨てカイロという発想はだめか?

22: 2017/12/20(水) 00:37:27.83 ID:OENw8HF4
普通のただ粒子のブラウン運動からエネルギーが取り出せるの?>>1
そういうことだろw

29: 2017/12/20(水) 01:39:52.09 ID:rOlKMdQ9
何故だか床一面でのたうつムカデを想像した

30: 2017/12/20(水) 01:40:11.14 ID:V2OuWvHW
よくわからんが一昔あったエントロピーエンジンみたいな感じになるんか?

34: 2017/12/20(水) 02:11:45.14 ID:AEuRnumy
ブラウンガスが証明された!

36: 2017/12/20(水) 02:51:54.75 ID:jSb8yprU
これ使って永久に発光し続ける照明が出来るだけで、
今迄照明に使ってた電気を他に使えるようになって、人間は楽になりそうだ。

39: 2017/12/20(水) 03:44:30.50 ID:DWMfauzc
これ圧電素子で挟んだら発電するかな?

41: 2017/12/20(水) 05:00:41.54 ID:nYxHsNYw
>>39
原子一個分の動きに圧力を受けて反応する圧電素子があるならな

42: 2017/12/20(水) 05:29:26.90 ID:8vbtdou9
そもそもエネルギーなんて消えてなくなるようなものじゃなく
グルグル循環してるだけだしな
いかに小型のデバイスで利用しやすい電力に変換出来るかが肝なわけで

45: 2017/12/20(水) 07:28:47.48 ID:5CeWvwGM
既存の熱電変換材料と同じで、結局は効率と耐久性の問題

47: 2017/12/20(水) 08:49:45.77 ID:dw1d0oBb
光電効果は実際に電子が放出されてからの発表
これは単なるたられば

50: 2017/12/20(水) 10:50:16.97 ID:+0XGuAWS
グラフェンの特殊なブラウン運動の様子を見つけただけで物理学的には十分な発見なはずなんだが
エネルギー取り出せますとか無理やり実用性をアピールしなければいけない世知辛い世の中になりました

58: 2017/12/20(水) 14:25:16.39 ID:1gwhwGgW
>>50
だな
物質の特殊な結合の研究の範疇なら十分すごい発見なのに、新たな発電材料みたいな見出しだと残念な研究に見える

53: 2017/12/20(水) 12:22:58.06 ID:rMJmttqL
永久機関やな