Команда ученых в MIT обнаружила ра­нее неизвестное явление, которое может вызвать мощные волны импульсов энергии в микроскопических проводах, известных как углеродные нанотрубки.

Явление, описанное как термоэнер­гетические волны, «открывает новую об­ласть исследования энергии, что является редким случаем», говорит Майкл Страно (Michael Strano), профессор кафедры химической технологии MIT, который был главным автором отчета, описывающего новые полученные данные, который был опубликован в Nature Materials 7 марта. Ведущий автор Вун Чой (Wonjoon Choi), докторант машиностроения.

Оказывается, тепловая волна, переме­щающая импульс высокой температуры по микроскопическому проводу, может пере­мещать электроны впереди себя, создавая электрический ток.

Ключевой компонент способа — угле­родные нанотрубки — микроскопические полые трубы, которые образуют решетку атомов углерода, подобно куриной коже. Эти трубки имеют диаметр несколько мил­лиардных частей метра (миллимикроны), являются частью семьи новых углеродных молекул, включая шаровидный фуллерен и графен, которые были предметом интен­сивного международного исследования прошлые два десятилетия.

В новых экспериментах, каждая из электро- и теплопроводящих нанотрубок была покрыта слоем реактивного топлива, которое может производить высокую темпе­ратуру при разложении. Это топливо было тогда зажжено в одном конце нанотрубки с использованием или лазерного луча, или искры высокого напряжения, и результатом была стремительная тепловая волна, иду­щая вдоль углерода нанотрубки как пламя, ускоряющаяся вдоль освещенного плавкого предохранителя. Высокая температура то­плива передается в нанотрубку в тысячу раз быстрее, чем непосредственно в топливе. Топливное покрытие как источник высокой температуры создает тепловую волну, кото­рая управляется нанотрубкой. При темпера­туре 3 000 К это кольцо скоростей высокой температуры по трубе в 10 000 раз быстрее, чем нормальное распространение этой химической реакции. Нагревание, произве­денное тем сгоранием, оказывается, также выдвигает электроны по трубе, создавая существенный электрический поток.

Волны сгорания, как импульс высокой температуры, мчащейся по проводу, были изучены математически в течение больше чем 100 лет, говорит Страно, но он был первым, чтобы предсказать, что такие вол­ны, могли управляться нанотрубками или нанопроволокой и что эта волна высокой температуры может создавать электриче­ский ток в этом проводе.

После дальнейшего развития система те­перь производит энергию, в пропорции к ее весу, приблизительно в 100 раз больше, чем литиевые батареи эквивалентного веса.

Количество получаемой энергии намно­го больше, чем предсказанное термоэлек-

отношению к другим частям Вселенной, и это движение не связано с ее расшире­нием (считается, что после Большого взрыва Вселен­ная непрерывно расширяет­ся). Возможно, оно вызвано чем-то за пределами нашей Вселенной. Астрономы на­звали это явление «темным потоком» и смогли даже из­мерить его скорость.

Для объяснения «темного потока» Кашлинский был вы­нужден подкорректировать теорию Большого Взрыва. По его мнению, изначально Вселенная напоминала пену со множеством пузырей. Потом один из этих пузырей трическими вычислениями. Несмотря на то, что много полупроводниковых материалов могут произвести электричество при на­гревании, согласно эффекту Зеебека, этот эффект очень слаб в углероде. «Есть что-то случайное в этом открытии, — говорит Страно, - мы назвали это явление электрон­ным захватом, так как сила тока, возможно, измеряется скоростью волны».

Тепловая волна, возможно, определяет электрическую энергию (или электроны, или электронные отверстия) так же, как оке­анская волна может собрать и нести мусор на поверхности. Эта важная особенность ответственна за высокую энергию, произ­водимую системой, говорит ученый.

Поскольку это — такое новое открытие, трудно предсказать точно, какое будет его практическое применение. Но он предпо­лагает, что одно возможное применение было бы в предоставлении возможности новых видов ультрамаленьких электрон­ных устройств — например, устройства размером с зернышко риса, возможно с датчиками или устройствами обработки, которые могли быть введены в тело. Или это могло бы применяться «в экологических датчиках, которые могут быть рассеяны как пыль в воздухе.

В теории такие устройства могли сохранять энергию неопределенно долго, пока они не используются, в отличие от батарей, энергия которых уменьшается постепенно, поскольку они не используются. Страно предполагает, что при большом количестве нанопроволок они могут поставлять много энергии и для больших устройств (patent.ucoz.ru).

Ученые также планируют исследовать другой аспект их теории: когда при ис­пользовании различных видов реактивных материалов для покрытия фронт волны мог бы колебаться, таким образом производить переменный ток. Это открыло бы разнообра­зие возможностей, потому что переменный ток является основой радиоволн, типа пере­дач сотового телефона, но все существую­щие системы хранения энергии производят постоянный ток. «Наша теория предсказала эти колебания прежде, чем мы начали на­блюдать их в наших данных», - говорит он.

Кроме того, существующие типы систе­мы имеют низкую эффективность, потому что большая энергия испускается как высо­кая температура и свет. Команда планирует работать над улучшением этого.