【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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1 :野良ハムスター ★ :2017/12/19(火) 23:50:07.50 ID:CAP_USER.net
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」

ひとつの波形には数千の原子が含まれており、反転時にはそれらがすべて一団となって動く。この非常に迅速に起こる反転が、グラフェンの上下運動が高速で起こる現象のメカニズムなのだ。これらが詳しく説明されている一連の研究内容は学術誌「Physical Review Letter」にて発表されている(ティバード教授は同論文のPDFファイルを公開している)

>>2につづく
https://wired.jp/2017/12/19/energy-from-graphene/

2 :野良ハムスター ★ :2017/12/19(火) 23:50:26.47 ID:CAP_USER.net

■エネルギーのブレイクスルー

「原子1個分の厚さで“動く波形”をもつグラフェンは、その波形を反転させます。これはブラウン運動の“組織化された”動きであり、新しい発見です。この現象はごく微小な素材でしか起こらず、より厚い物質では固すぎて不可能なのです」

研究チームの計算によると、ひとつの反転は潜在的に10ピコワット(ピコワット=1兆分の1ワット)の電力を生み出せる可能性がある。グラフェンは自然にアレイを形成することから、10ミクロン(ミクロン=100万分の1メートル)四方の面積さえあれば、腕時計を動かすのに十分なパワーが得られる計算になるという。

「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で、それにはナノテクノロジーが必要です。このシステムを大量に生産すると、1平方メートルで10万ワットもの電力が得られることになる。これは風力や太陽光発電に匹敵するものです」

ティバード教授は、負に帯電したグラフェンのシートを2つの金属電極のあいだに浮遊させることでエネルギーを電気に変換できるようなデヴァイスを構想している。グラフェンが凸状になると上部電極に正電荷が誘起され、凹状に反転すると下部電極が充電されて、交流電流が生成されるといった仕組みだ。(以下省略)

3 :名無しのひみつ:2017/12/19(火) 23:54:05.93 ID:Nu0nNq+U.net

はいはい永久機関詐欺!

4 :名無しのひみつ:2017/12/19(火) 23:57:33.76 ID:I/TCBzm6.net

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 :名無しのひみつ:2017/12/19(火) 23:58:11.93 ID:LZmmwrhb.net

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?

6 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:00:45.23 ID:JDNFWms+.net

要約すると熱電変換システムになり得るってこと?
大規模発電だと蒸気タービンより効率低そうだけど、
体温程度で発電できるとかなら世界が変わるね。

7 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:01:03.94 ID:oYRuT7bY.net

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」

8 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:03:04.50 ID:TKK9gZgX.net

トカナかと思ったらトカナだっ・・・
あれ?

9 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:09:24.84 ID:TKK9gZgX.net

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?

10 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:13:20.88 ID:aD0lF1nC.net

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

11 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:15:34.38 ID:cy5+LByn.net

>>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

12 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:15:57.79 ID:dMg3PVR1.net

波形が乱れてグラフェンが融解して終了w

13 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:17:52.69 ID:xiBc3Nls.net

>>12
ベストアンサー?

14 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:19:55.55 ID:A1o7Kh6Y.net

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 :夏厨:2017/12/20(水) 00:22:14.31 ID:MGb+HWfv.net

マクスウェルの悪魔?

16 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:23:42.94 ID:jC2iJg/O.net

取り出せてから教えてクレヨ

17 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:26:51.52 ID:xiBc3Nls.net

NTT、“マクスウェルの悪魔”による発電に成功
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/yajiuma/1060103.html

18 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:29:51.79 ID:fZ6ajpME.net

俺は毎日2次元嫁からパワーを貰ってる(´・ω・`)

19 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:31:11.58 ID:ALo74BaB.net

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???

20 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:34:56.11 ID:xiBc3Nls.net

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?

21 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:37:25.78 ID:JDNFWms+.net

>>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?

22 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:37:27.83 ID:OENw8HF4.net

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

23 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:39:01.62 ID:1NyHJi/u.net

>>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。

24 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:57:56.53 ID:8OPLXPk4.net

本当に三菱鉛筆が三菱グループのトップになる日が雇用とは…・

25 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 00:58:54.34 ID:8OPLXPk4.net

ゆらぎのエネルギー論【新物理学選書】 (岩波オンデマンドブックス)
関本 謙
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26 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 01:00:22.73 ID:Fp2YvEuf.net

2次元はじまったな

27 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 01:05:17.86 ID:FVeeWsj+.net

>>6 >>14
つまり、分子の熱運動を直接電気に変換できるようになるかも知れないということか。
記事の見通し通りに実用化できるなら、従来のゼーベック効果型熱電発電に比べて
圧倒的な効率を実現できるわけで、とてつもない技術的ブレークスルーになるのは間違いないな。
電池で駆動する大半の電化製品が電池交換無しで動き続けるようになるかも知れない。
環境熱を電気に変換するので、冷凍倉庫みたいな施設は電気消費地ではなくて、むしろ発電設備にできるかも知れない。
実用化出来るならね。

28 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 01:09:05.73 ID:oEz4iRbp.net

エドウィン・アボット・アボット

29 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 01:39:52.09 ID:rOlKMdQ9.net

何故だか床一面でのたうつムカデを想像した

30 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 01:40:11.14 ID:V2OuWvHW.net

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?

31 :名無しのひみつ:2017/12/20(水) 01:44:48.52 ID:Dqxq5kQQ.net

アーカンソーのクソ田舎といえど物理学者が永久機関作ろうとは思わないだろうから、
例によって雑誌記者が誤解して変に要約しちゃったな?

ナノマシンのエネルギー源として使えるかもね。

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