MIT teadlaste töörühm on avastanud uue nähtuse, mis põhjustab energiarikaste lainete läbi süsiniknanotorude liikumisel elektrivoolu tekke, mis võib viia uue elektritootmisviisini.
Avastatud fenomeni võiks võrrelda ookeani poolt kantavate triivpuudega, mööda mikroskoopilist juhet liikuv soojusenergialaine põhjustab analoogselt elektronide liikuma hakkamise, tekitades sellega elektrivoolu. Protsessi kriitiliseks komponendiks on aga süsiniknanotorud, mis on seest õõnsad ning pelgalt mõne nanomeetrise läbimõõduga süsinikaatomite poolt moodustatavad struktuurid. Viimased on olnud viimasel kahel aastakümnel koos grafeeni ning jalgpallilaadsete fullereeni molekulidega materjaliteaduses toimuva uurimistöö fookuseks. Ajakirjas Nature Materials 7.märtsil ilmunud artikli vanemautor Michael Strano sõnul avab aga termoelektrilaineteks nimetatav nähtus tee uue energiaalase arendusstöö tegemiseks
Läbi viidud eksperimentides kaeti elektrit ning soojusenergiat juhtivad nanotorud kergesti põleva kütusega, mis toodab lagunedes energiat. Kütuse süütamisel laseri või kõrgepinge sädemega tekkis nanotorudes kiiresti liikuv soojuslaine, mis liigub süsiniknanotorude eriomaduste tõttu selles tuhandeid kordi kiiremini kui kütuses endas. Põlemistemperatuuriga 3000 kelvinit liikus soojusesõõr 10 000 korda kiiremini kui harilik keemiline reaktsioon, lisaks põhjustas liikuv sõõr teadlasi hämmastaval kombel ka elektronide liikuma hakkamise.
Süsiniknanotorud võivad pakkuda uut viisi soojusest elektritootmiseks. Allikas: Christine Daniloff
„Süütelaineid,“ nagu mööda traati liikuvad soojuslained, on matemaatiliselt õpitud juba üle 100 aasta. Siiski oli Strano esimene, kes ennustas selliste lainete juhtimist nanotorudega, samuti tekitatavat elektrivoolu. Töörühma esimestes eksperimentides olid teadlased äärmiselt üllatunud nähes, kui suure voolu kütuse põlemine reaalsuses põhjustab. Pärast mõningast arendustööd suutsid süsiniknanotorud proportsionaalselt välja anda umbes 100 korda rohkem energiat kui liitiumioon patarei. Kuigi mõningates pooljuhtides tekib neid soojendades elektriline potentsiaal (Seedbeck’i efekt, J.J.O.,) on see süsinikus äärmiselt väike.
Viimase põhjal arvab Strano, et antud nähtuses toimub midagi muud, kutsudes protsessi elektronresonantsiks (elektron entraiment,) kuna elektrivoolu suurus tundub olevat proportsionaalne lainekiirusega. Soojuslaine paistab elektrilaengu kandjaid – elektrone või elektroniauke – harmooniliselt võnkuma panema, täpselt nagu ookeanilained kannavad oma pinnal edasi rususid. Strano sõnul on äärmiselt tõenäoline, et viimane vastutabki süsteemis tekkiva kõrgepinge tekkimise eest.
Kuna tegu on siiski uue avastusega, on äärmiselt raske ennustada, mis selle praktilisteks kasutusaladeks saavad. Siiski annab Strano aimu äärmiselt väikeste elektroonikaseadmete tootmisest, mis võivad olla sama suured kui riisiterad. Organismi süstides võiks neid kasutada kui sensoreid või raviseadmeid, keskkonnauuringutes võiks see viia tolmuna atmosfääri pihustavate keskkonnavaatlusseadmetena.
Teoreetiliselt võivad sellised seadmed oma energiat igavesti talletada, kuni neid lõpuks kasutatakse. Praeguste patareide puuduseks on see, et neist lekib pidevalt energiat ka neid reaalselt kasutamata. Lisaks, kuigi nanojuhtmed on väiksed, saaks neist suuremaid süsteeme konstrueerida seadmeid, mis annavad ka rohkem energiat.
Järgmise sammuna plaanivad uurijad katsetada oma teooria teist külge – kasutades lagunemisreaktsioonis erinevaid materjale, võib hakata lainefront teoreetiliselt võnkuma, põhjustades seega alalisvoolu tekke. See omakorda avaks tööpõhimõtte praktikasse viimiseks uusi võimalusi, kuna vahelduvvoolu kasutakse näiteks raadiolainete tekitamiseks. Praegusel hetkel on aga kõik energiatalletusseadmed alalisvoolu tootvad. Samuti plaanitakse tegeleda praeguse süsiniknanotorudesüsteemi efektiivsuse tõstmisega, kuna suur osa energiast vabaneb hetkel soojuse ja valgusena.
Allikas: