Изобретение защищено международным патентом WO2016142056A1.

​

Нейтриновольтаическая технология основана на использовании многослойного наноматериала из чередующихся слоев графена (моноатомный слой графита) и легированного кремния, который преобразует электромагнитное излучение и тепло в электрический ток.

Присуждение Нобелевской премии по физике Андрею Гейму и Константину Новоселову в 2010 году за «передовые эксперименты с двумерным материалом — графеном» открыло широкое поле для его использования в различных областях науки и техники. Нобелевский комитет заявил, что лауреаты смогли «продемонстрировать, что монослойный углерод обладает исключительными свойствами, которые проистекают из удивительного мира квантовой физики». Графен — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации и связаны σ- и π-связями в гексагональной двумерной кристаллической решетке.

 

Наноматериал, созданный Neutrino Energy Group, содержит чередующиеся слои графена и легированного кремния, нанесенные на металлическую фольгу, обычно алюминиевую, для снижения стоимости производства источников питания. Графен — это двумерный материал, способный вести себя как трехмерный материал. Именно он является индикатором, преобразующим тепловое и электромагнитное излучение в электрический ток. Графеновые пленки удивительно прочны и эластичны. Графен обладает очень высокой теплопроводностью, что в сочетании с его высокой электропроводностью позволяет пропускать электрический ток, в миллион раз превышающий максимально возможный ток в медных пленках. При повышенных температурах, согласно распределению Ферми – Дирака, часть электронов переходит в зону проводимости, а в валентной зоне остаются «дырки». Это предопределяет достаточно высокую электропроводность графена при комнатных температурах. Электроны проводимости и «дырки» в графене имеют нулевую эффективную массу, т.е. они не могут быть стационарными, а все время движутся со «скоростью Ферми», которая в графене составляет около 106 м/с, то есть она уже релятивистская. Это обусловливает очень высокую подвижность носителей заряда в графене, по крайней мере на два порядка превышающую их подвижность в кремнии, и «баллистический» характер их движения по пленке. Длина свободного пробега электронов проводимости и дырок в графене при комнатных температурах превышает 1 мкм.

​

Воздействие различного электромагнитного излучения и температур приводит к возникновению «графеновых» волн, которые можно наблюдать в микроскоп при большом увеличении. Когда графен касается слоев кремния, он высвобождает электроны, что вызывает электрический ток. Главное свойство графена, позволяющее использовать его для получения электрического тока, — повышенные колебания его атомов. Сейчас в научном мире считается доказанным, что графен не может существовать в 2D-плоскости, а только в 3D-плоскости. Группа ученых из Университета Арканзаса провела исследование графена, нанесенного на медную пластину. Они наблюдали изменения положения атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Было сделано очень значимое открытие — в графене появилась волна, как волны на поверхности моря, возникающие от сочетания мелких самопроизвольных движений и приводящие к появлению более крупных самопроизвольных движений. Тепловое смещение (броуновское движение атомов) одного атома при суммировании с тепловыми смещениями других атомов вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как волны Лява. Из-за особенностей кристаллической решетки графена его атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает такие движения от самопроизвольных движений молекул в жидкостях.

​

В интервью Research Frontiers профессор Чибадо (Университет Арканзаса) заявил: «Это ключ к использованию движения 2D-материалов в качестве источника неисчерпаемой энергии. Тандемные колебания вызывают рябь в листе графена, что позволяет извлекать энергию из окружающего пространства с помощью новейших нанотехнологий. "

​

Эксперименты, проведенные Neutrino Energy Group, результаты которых впоследствии были независимо подтверждены профессором ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Цюрих) Ванессой Вуд и ее коллегами, показали, что при производстве материалов размером менее 10-20 нанометров, т.е. В 5000 раз тоньше человеческого волоса колебания внешних атомных слоев на поверхности наночастиц велики и играют важную роль в поведении этого материала. Эти атомные вибрации, или «фононы», ответственны за то, как электрический заряд и тепло передаются в материалах. Учитывая, что если колебания атомов графена, например, в 100 раз сильнее колебаний атомов кремния, то наложение частоты внешнего воздействия электромагнитного излучения, в том числе воздействия нейтрино, на внутреннюю частоту колебаний волны графена усиливают такие колебания и приводят к резонансу колебаний атомов. Колебания атомов в резонансе позволяют усилить отдачу электронов при контакте с легированным кремнием.

​

Отдельно следует остановиться на влиянии нейтрино. Отдельно следует остановиться на влиянии нейтрино. В 2015 году Нобелевская премия по физике была присуждена Такааки Каджита и Артуру Б. Макдональду, руководителям двух экспериментальных групп, Супер-Камиоканде и СНО, изучающих свойства нейтрино. Их работа убедительно доказала, что нейтрино, которых известно три типа, способны к колебаниям — самопроизвольному превращению друг в друга на лету. Нейтрино определенного типа могут рождаться в реакциях с элементарными частицами, а нейтрино определенной массы могут распространяться в пространстве. Именно доказательство наличия массы, а значит, и энергии является ключевым аргументом в пользу теоретической возможности преобразования энергии нейтрино в электрический ток.

​

До недавнего времени считалось, что нейтрино не взаимодействуют с веществом, а космические нейтрино пронзают Землю насквозь, не встречая никаких препятствий. Но последние публикации коллаборации COHERENT в Окриджской национальной лаборатории (США) позволяют дополнить картину. Ее работы объединили 80 человек из 19 институтов четырех стран, в том числе России (ИТЭФ им. А.И. Алиханова (НК «Курчатовский институт»), МИФИ и МФТИ). Первые эксперименты 2017 года, результаты которых были опубликованы в журнале Science, были направлены на изучение взаимодействия нейтрино с ядрами цезия и йода. Поскольку нейтрино электрически нейтральны и очень слабо взаимодействуют с веществом, наблюдение за этим взаимодействием потребовало разработки детекторных технологий. В связи с тем, что ядра цезия и йода достаточно велики и тяжелы, а нейтрино электрически нейтральны и очень слабо взаимодействуют с веществом, отдача ядер от взаимодействия с нейтрино была крайне слабой и полученные результаты не позволяли провести окончательную заключение. Поэтому исследователи провели эксперименты по взаимодействию нейтрино с ядрами аргона, которые легче ядер цезия и йода. Было обнаружено, что нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами аргона. Этот процесс называется когерентным упругим нейтрино-ядерным рассеянием (КОЯРН). Нейтрино, подобно теннисному мячу, ударяющему по шару для боулинга, «ударяет» по большому и тяжелому ядру атома и передает ему небольшое количество энергии. В результате ядро почти незаметно подпрыгивает, т.е. нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. Поскольку графен представляет собой углерод, атомная масса которого легче атомной массы аргона, эффект взаимодействия нейтрино с ядрами углерода будет более выражен, чем с аргоном, и приведет к увеличению амплитуды колебаний атомов графена ( графеновые волны). Таким образом, можно утверждать, что энергия нейтрино, попадающих на 1 см2 земной поверхности с интенсивностью 60 миллиардов частиц в секунду, может быть преобразована в электрический ток, причем такое преобразование не должно зависеть ни от погодных условий, ни от времени года. и быть стабильным в течение дня. и ночью.

 

Независимая проверка нейтриновольтаической технологии в Швейцарском технологическом институте показала, что тестовые испытания энергоячейки на глубине 30-35 метров под землей в бетонном бункере и в клетке Фарадея полностью исключили воздействие на ДК каких-либо излучений, кроме нейтрино. процесс генерации. В этих условиях с тестируемым наноматериалом могли взаимодействовать только нейтрино. Однако даже в таких условиях приборы зафиксировали мощность 2,5-3,0 Вт, полученную из металлической фольги размером А-4 с нанесенным на одну ее сторону многослойным нанопокрытием, созданным Neutrino Energy Group.

​

Массачусетский технологический институт также работает над возможностями получения постоянного тока с использованием графена и нитрида бора, но его достижения и заявленные цели гораздо скромнее и находятся на начальном этапе. Хотя следует отметить, что на данном этапе MIT пока занимается только изучением графена для получения постоянного тока. Ученые этого института в настоящее время исследуют использование графена и нитрида бора для преобразования терагерцовых (или Т-лучей) волн (электромагнитных волн с частотой где-то между микроволнами и инфракрасным светом) в полезную энергию. Терагерцовые волны широко распространены в нашей повседневной жизни, и при использовании их концентрированная энергия потенциально может служить альтернативным источником энергии. Ученые Массачусетского технологического института обнаружили, что при объединении графена с нитридом бора электроны в графене должны искажать свое движение в общем направлении. Любые входящие терагерцовые волны должны «переносить» электроны графена, как и многие крошечные авиадиспетчеры, чтобы они могли течь через материал в одном направлении, как постоянный ток. Общий эффект — это то, что физики называют «наклонным рассеянием», когда облака электронов отклоняют их движение в одном направлении. Аналогичный механизм действует при чередовании слоев графена и легированного кремния в наноматериале, созданном группой Neutrino Energy. Хироки Исобе, один из ведущих исследователей Лаборатории исследования материалов Массачусетского технологического института, заявляет: «Если мы сможем преобразовать эту энергию в источник энергии, который мы сможем использовать в нашей повседневной жизни, это поможет решить энергетические проблемы, с которыми мы сталкиваемся сейчас».

​

Один слой графена способен генерировать очень слабый ток, но стояла задача создать технологию, которая работала бы стабильно, а создаваемые на ее основе источники постоянного тока имели бы компактные размеры. В противном случае технология не могла бы найти коммерческого применения. Проблема была решена путем изготовления генерирующего наноматериала многослойным, что многократно увеличило выходной ток и напряжение. Для достижения нужного эффекта графен и легированный кремний наносятся на подложку из металлической фольги в несколько слоев, и при прохождении излучения через эту комбинацию слоев кремния и графена запускается процесс гармонического резонанса, который затем регистрируется устройством электрического преобразования Сторона с покрытием металлического носителя является положительным полюсом, а сторона без покрытия — отрицательным.

​

Несколько листов фольги, покрытых инновационным наноматериалом, размещенных друг над другом, как пачка писчей бумаги, и поэтому соединенных последовательно, составляют энергетическую ячейку. Путем варьирования соединения нескольких силовых ячеек создается источник постоянного тока требуемых габаритов и мощностных характеристик. Блок питания постоянного тока имеет размер дипломата и имеет выходную мощность от 4,5 до 5,5 кВт/ч. Такие компактные размеры позволяют создавать автономные источники тока для электроснабжения, в том числе индивидуальных домов и электромобилей.

​

На основе использования технологии Neutrinovoltaic создан тестовый вариант бестопливного «бесплатного» генератора энергии Neutrino Power Cube полезной мощностью 5-6 кВт, лицензионное производство которого начнется в Швейцарии в конце 2023 г. - начало 2024 года после завершения тестовых испытаний и проведения всех необходимых сертификационных мероприятий.

​