top of page

Neutrinovoltaic технология

Это технология преобразования теплового (броуновского) движения атомов графена и энергии окружающих полей излучений невидимого спектра, включая нейтрино, в электрический ток при помощи многослойного наноматериала на основе графена. 

​

Заявка на патент подана в 2013 году, изобретение защищено международным патентом WO2016142056A1. 

Структурно наноматериал состоит из чередующихся слоев графена и кремния, с послойным нанесением легирующих элементов. Каждый слой графена расположен между двумя слоями кремния (рис. 1). Первый слой графена нанесен на металлическую фольгу, обычно алюминиевую. Количество слоев графен-кремний варьируется от 12 до 20, оптимальный вариант – 12 слоев.

Наноматериал наносится на одну сторону металлической фольги, в результате чего сторона с нанесенным материалом становится положительным полюсом, а сторона без покрытия – отрицательным. Такая электрогенерирующая пластина размером 200 х 300 мм при нормальных условиях имеет напряжение 1,5 В и силу тока 2 А.

Рис.1. Схематичное изображение наноматериала

 

Механизм, позволяющий преобразовывать энергию окружающих полей излучений в электрический ток 

 

Графен – единственный известный в настоящее время материал, который относится к 2D материалам, но может устойчиво существовать только в трёхмерной системе координат, как 3D материал. Наблюдение слоя графена через микроскоп с большим разрешением показывает наличие вибраций, похожих на волны на поверхности моря (рис.2), т.е. когда соседние области чередуются между вогнутой и выпуклой кривизной. Чем сильнее воздействие энергетических и тепловых полей, тем сильнее колебания атомов графена, а значит частота и амплитуда колебаний «графеновых волн». Теоретические исследования дают объяснение, что источником этого процесса является электрон-фононная связь, поскольку она подавляет жесткость длинноволнового изгиба и усиливает внеплоскостные флуктуации.

Рис.2. Схематичное изображение вибрации графена в виде «графеновых волн» 

 

Именно наличие «графеновых волн» позволяет генерировать электрический ток, причём амплитуда и частота колебаний «графеновых волн» зависит от качества нанесения графена. Они максимальны при одном слое графена, если же нарушается технология нанесения графена и наносится несколько его слоёв друг на друга, то амплитуда и частота колебаний «графеновой волны» уменьшается. Объяснение этих результатов экспериментов были независимо подтверждены профессором ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Цюрих) Ванессой Вуд и ее коллегами, которые 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 (рис.3).

Рис.3. Колебания атомов в материалах, "фононы", ответственны за то, как электрический заряд и тепло переносятся в материалах.

(Графика: Дениз Бозигит / ETH Zurich).

 

Поэтому соблюдение технологии нанесения графена является ключевой технологической задачей особенно на пластинах больше 100х100 мм. Графен имеет чрезвычайно высокую плотность электрического тока (в миллион раз больше, чем у меди) и рекордную подвижность носителей зарядов. В графене каждый атом связан с 3 другими атомами углерода в двухмерной плоскости, при этом один электрон остается свободно доступным в третьем измерении для электронной проводимости. В интервью журналу Research Frontiers профессор Тибадо (University of Arkansas) констатировал: «Это ключ к использованию движения 2D-материалов в качестве источника неиссякаемой энергии. Тандемные вибрации вызывают рябь в листе графена, что позволяет извлечь энергию из окружающего пространства, используя новейшие нанотехнологии». 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. Гармонические колебания «графеновых волн», переходящие в резонанс, по сути – это совершаемая работа, необходимая для преобразования теплового (броуновского) движения атомов графена и энергии частиц окружающих полей излучений невидимого спектра, включая кинетическую энергию нейтральных частиц нейтрино, в электрический ток. Как и в выпускаемых в настоящее время электрогенераторах, устанавливаемых на электростанциях, разработанных схем электрогенерации Бедини и других схем магнитных двигателях бестопливной электрогенерации, возникновение электродвижущей силы (ЭДС) происходит в каждом слое графена по причине взаимодействия магнитных и электрических полей. Однако, кардинальное отличие заключается в том, что в Neutrinovoltaic технологии пульсирующий механизм взаимодействия возникает не в результате вращения ротора с магнитной катушкой, а в процессе микровибраций графена в наноматериале, что является другим физическим принципом возникновения ЭДС. Возникающая в каждом слое графена ЭДС, заставляет течь электроны в одном направлении, т.е. возникает электрический ток. Движение электронов в одном направлении достигается путём нанесения пленочных покрытий каждого слоя легирующими элементами, создающими p-n переход, пропускающий электрический ток только в одном направлении, т.е. возникает эффект тонкоплёночного диода. Многослойность наноматериала обеспечивает решение задачи по получению максимально возможной электрической мощности с единицы поверхности, так как один слой графена не может обеспечить достаточную мощность для промышленного применения.

 

Влияние нейтрино на процесс колебаний «графеновой волны»

 

​В 2019 году была опубликована информация, что ученым Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось определить массу нейтрино с беспрецедентной точностью. Согласно KIT, нейтрино по крайней мере в 500 000 раз легче электрона; масса частиц составляет около 1,1 электрон-вольт.Механизм же взаимодействия нейтрино с веществом был раскрыт и описан в публикациях коллаборации COHERENT в Ок-Риджской национальной лаборатории (США). Было доказано, что нейтрино низкой энергии участвуют в слабом взаимодействии с ядрами аргона. Этот процесс получил название когерентное упругое нейтрино-ядерное рассеяние (CEvNS). Нейтрино, подобно теннисному шарику, налетающему на шар для боулинга, "ударяется" о большое и тяжёлое ядро атома и передаёт ему крошечное количество энергии. В результате ядро почти незаметно отскакивает (рис.4).

Рис.4. Упрощенная схема когерентного упругого рассеяния нейтрино на тяжелых ядрах. D. Akimov et. al. / Science

​

Аналогичное взаимодействие нейтрино низких энергий имеет место и при взаимодействии с графеном. Аргон имеет порядковый номер 18 в периодической системе химических элементов и атомный вес 39,948, тогда как графен (углерод) имеет порядковый номер 6 и атомный вес 12,011. Это говорит о том, что эффект ударов нейтрино об ядра атомов графена будет выражен более сильно, чем об ядра аргона. Причём, чем больше кинетическая энергия нейтрино, тем больше будет эффект взаимодействия их с ядрами графена, а значит сильнее колебания его атомов. Размер ядра атома графена очень маленькое по сравнению с размером самого атома графена, поэтому лишь незначительная доля нейтрино, имеющих массу, может взаимодействовать с ядром атома графена и вызывать его колебания. Как известно, поток нейтрино через 1 см2 земной поверхности в 1 секунду составляет 60 млрд, поэтому даже доля процента такого потока нейтрино вносит свой вклад в процесс колебаний «графеновых волн», хотя в настоящее время нет возможности оценить вклад воздействия нейтрино на процесс колебаний атомов графена по сравнению с другими энергетическими полями и тепловым (броуновским) движением. Тем не менее, по мнению учёных компании Neutrino Energy Group, этот процесс очень важен, и поэтому технология получила название Neutrinovoltaic.

​

Способность графена генерировать электрический ток под действием окружающих полей излучений искусственного и естественного излучения в широком диапазоне волн позволяет использовать его в энергетическом оборудовании для генерации электроэнергии. Лишний раз данную способность подтвердили результаты исследований графена под воздействием терагерцового излучения, проведёнными учёными из Национального университета Сингапура под руководством Бандурина Д.А. В опубликованной статье показано, что электроны Дирака, подвергающиеся воздействию непрерывного терагерцового (ТГц) излучения, могут быть термически отделены от кристаллической решётки, что активирует гидродинамический перенос электронов. В этом режиме сопротивление графеновых сужений уменьшается из-за сверхбаллистического потока коррелированных электронов, вызванного ТГц-излучением. Высказано предположение, что электроны в графене могут вести себя как единая жидкость, взаимодействуя и двигаясь коллективно, т.е. речь идёт о так называемом «вязком потоке электронов» в графене. Утверждается, что вязкость потока электронов в графене мгновенно снижается под воздействием терагерцового излучения, делая «жидкость из электронов» более текучей. Работы сингапурских учёных проводились с однослойным графеном, «легированным» дополнительными электронами для придания ему металлических свойств. Результат проводимых экспериментов — создание первого практического устройства, использующего вязкий поток электронов для детектирования ТГц-волн. 

​

​В отличие от коллег из Национального университета Сингапура исследования учёных компании Neutrino Energy Group направлены на создание применимой на практике технологии графеновой бестопливной электрогенерации. Первые эксперименты сразу показали - однослойный графен генерирует слишком маленькую мощность, что не позволяет говорить о промышленном внедрении технологии. Решение было найдено через создание многослойного наноматериала, состоящего из чередующихся слоёв графена и кремния с легирующими элементами, наносимых на одну сторону металлической фольги. Объемная доля графена в нём составляет от 50 до 75%.

​

Преимущества Neutrino Power Cube перед традиционными технологиями производства электроэнергии, включая солнечные и ветряные электростанции:

  • Графеновый источник электроэнергии не требует охраны и эксплуатационных расходов.

  • Габаритные размеры Neutrino Power Cube - 80x50x100 см.

  • Гарантийный срок – 20 лет.

  • Имеет разъёмы для подключения оборудования с переменным током - ~380/220/48/24 В (AC), и постоянного тока –48/24 В (DC).

  • Электрогенерация осуществляется в базовом режиме 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.

  • Бесшумная работа. Нет крутящихся деталей.

  • Автономная бестопливная электрогенерация, не требующая подключения к сетям общего назначения.

  • Размещается рядом с местом потребления нагрузки, что исключает потери в электросетях.

 

Постоянно проводимые активные исследования свойств графена, технологий его получения, а также исследования других двумерных материалов обещают появление новых значимых технологий, но графеновая технология Neutrinovoltaic является бесспорным лидером в практическом применении графена в области энергогенерации.

После доклада президента компании Neutrino Energy Group Holger Thorsten Schubart на секции энергетика и технологии в рамках саммита G20, состоявшегося 9-10 сентября 2023 года в Нью-Дели, работы по созданию бестопливной электрогенерации на базе Neutrinovoltaic технологии, получили дополнительный и очень важный импульс. Компания Neutrino Energy Group была приглашена в программу инноваций и технологий в рамках Программы городов ООН по достижению Целей устойчивого развития (ЦУР) - Глобальной инициативы. Программа городов для достижения ЦУР предоставляет Neutrino Energy Group возможность внести свои знания и технологии в Программу городов для достижения Целей устойчивого развития ООН (ЦУР). В презентации UNASDG говорится, что эта технология найдет правильное  применение в программе ЦУР, которая была определена ООН и принята 193 государствами. Отмечается, что Neutrinovoltaic технология может стать ведущей моделью реального устойчивого развития для будущего нашего мира. Также подчеркиваются значительные перспективы Neutrinovoltaic для всего мира - это важный шаг на пути защиты нашей окружающей среды и благо для человечества.

bottom of page