Die Entwicklung der Neutrinovoltaik-Technologie begann im Prozess von Experimenten zur Optimierung des Betriebs von Sonnenkollektoren: Für experimentelle Arbeiten wurden Nanopartikel verschiedener Materialien verwendet, um die maximal mögliche aktive physikalische Oberfläche zu erreichen, um die Effizienz von Sonnenkollektoren zu erhöhen, aber solche Experimente waren nicht erfolgreich. Es wurde festgestellt, dass das getestete Material Anzeichen von Instabilität zeigte, während Vibrationen auftraten, die nicht zur Verbesserung der Oberfläche der Solarzellen beitrugen. Diese Schwingungen, deren Ursprung damals unerklärlich war, zwangen die Wissenschaftler, weiter an der Verstärkung von Schwingungen zu arbeiten, ausgehend von der Annahme, dass Schwingungen, die im Material auftreten, zur Resonanz von Atomschwingungen und damit zur Erzeugung von Elektrizität führen können.
Das Funktionsprinzip der Neutrinovoltaik Technologie beruht auf der “Fähigkeit” von Graphen, Energie aus der Umgebung zu “sammeln “, was zufällig von Physikern der Universität von Arkansas (USA) entdeckt wurde. Es stellte sich heraus, dass Graphen (eine zweidimensionale allotrope Modifikation von Kohlenstoff, die durch eine Schicht von Kohlenstoffatomen gebildet wird, die ein Atom dick ist. Kohlenstoffatome befinden sich in sp²-Hybridisierung und sind durch σ und π Bindungen zu einem hexagonalen zweidimensionalen Kristallgitter verbunden), aufgrund der Besonderheiten des Kristallgitters kann nicht in der 2D-Ebene existieren, sondern nur in der 3D-Ebene.
Um getrennt voneinander existieren zu können, muss sich Graphen wie ein 3D-Material verhalten, um die notwendige Stabilität zu gewährleisten. Das “Schlupfloch” ist die Verschiebung mobiler Atome, die Graphen die Eigenschaften der dritten Dimension verleiht. Mit anderen Worten, Graphen war nie 100% flach, es vibrierte auf atomarer Ebene, so dass seine Verbindungen nicht spontan zerfielen. Eine Gruppe von Physikern an der Universität Manchester unter der Leitung von Paul Tibado bewies, dass die Erklärung in den sogenannten “Levy-Flügen” liegt – Mustern kleiner zufälliger Schwingungen kombiniert mit plötzlichen, abrupten Verschiebungen. Auf atomarer Skala haben Physiker sie zum ersten Mal gesehen. Messung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes dieser Graphenwellen, Chibado schlug vor, dass sie verwendet werden könnten, um Energie aus der Umwelt zu gewinnen.
Dieses Problem wurde von Wissenschaftlern des wissenschaftlich-technologischen Unternehmens Neutrino Energy Group unter der Leitung des Mathematikers Holger Thorsten Schubart erfolgreich gelöst. Es sei darauf hingewiesen, dass alle Eigenschaften des innovativen Mehrschicht-Nanomaterials, das vom Unternehmen entwickelt wurde und aus abwechselnden Schichten von Graphen und dotiertem Silizium besteht, vor einigen Jahren experimentell erhalten wurden und erst in den letzten Jahren separate theoretische Bestätigungen der grundlegenden Grundlagen für die Funktionalität des von der Neutrino Energy Group vorgeschlagenen Modells in offenen Quellen erschienen sind.
So erklären ETH-Professorin Vanessa Wood und ihre Kollegen in der Fachzeitschrift Nature, welche Prozesse atomare Schwingungen verursachen, wenn Materialien nanoskalig sind, und wie dieses Wissen genutzt werden kann, um Nanomaterialien für verschiedene Anwendungen systematisch zu entwickeln. Die Publikation zeigt, dass, wenn Materialien mit Größen von weniger als 10-20 Nanometern hergestellt werden, also 5.000
Mal dünner als ein menschliches Haar, die Schwingungen der äußeren Atomlagen auf der Oberfläche von Nanopartikeln groß sind und eine wichtige Rolle für das Verhalten dieses Materials spielen. Alle Materialien bestehen aus Atomen, die schwingen. Diese atomaren Schwingungen oder “Phononen” sind dafür verantwortlich, wie elektrische Ladung und Wärme in Materialien übertragen werden.
Wissenschaftler der Universität Wien, des Advanced Institute of Science and Technology (AIST) in Japan, des JEOL und der Universität La Sapienza in Rom haben eine Technik entwickelt, die alle im nanostrukturierten Material vorhandenen Phononen messen kann. Damit konnten sie erstmals alle Schwingungsmoden von autonomem Graphen sowie die lokale Expansion verschiedener Oszillationsmoden in einer Graphen-Nanofaser nachweisen. Diese neue Methode, die sie “mapping large q” nannten, eröffnet völlig neue Möglichkeiten, die räumliche und gepulste Expansion von Phononen in allen nanostrukturierten sowie zweidimensionalen modernen Materialien zu etablieren. Diese Experimente eröffnen neue Möglichkeiten, lokale Schwingungsmoden auf der Nanometerskala bis hin zu bestimmten Monoschichten zu untersuchen.
Einer Gruppe von Wissenschaftlern des MIT (Massachusetts Institute of Technology) ist es gelungen, Graphen in einen Supraleiter zu verwandeln, durch den Strom widerstandslos übertragen wird. Die Entdeckung, dass Graphen zur Supraleitung fähig ist, wird in naher Zukunft den Beginn einer Reihe von Studien auf diesem Gebiet markieren. Da Graphen ein Schlüsselelement in der Zusammensetzung des von der Neutrino Energy Group erfundenen Materials ist, wird seine Supraleitungseigenschaft insbesondere für die Stromversorgung von Elektrogeräten, bei denen eine kleine und stabile Stromversorgung erforderlich ist, eine Schlüsselrolle spielen.
Die Neutrino Energy Group ist in Bezug auf die Anwendung von Wissen auf diesem Gebiet viel weiter als andere Forschergruppen und hat ihre unbestrittene Priorität durch die Erteilung eines internationalen Patents unter der Nummer WO2016142056A1 gefestigt.
Das Herzstück der neutrinovoltaischen Technologie ist die Verwendung ultrafeiner Graphenschichten, um eine Resonanz von Schwingungen von Graphenatomen unter dem Einfluss der thermischen Brownschen Bewegung und umgebender Strahlungsfelder künstlichen und natürlichen Ursprungs, einschließlich kosmischer Neutrinos, und die Umwandlung der kinetischen Energie von Teilchen umgebender Strahlungsfelder in elektrischen Strom zu erzeugen.
Leitungselektronen und “Löcher” in Graphen haben keine effektive Masse, d.h. sie können nicht stationär und die ganze Zeit mit der “Fermi-Geschwindigkeit” bewegend, die in Graphen etwa 106 m / s beträgt, dh sie ist bereits relativistisch. Dies ist auf die sehr hohe Mobilität elektrischer Ladungsträger in Graphen zurückzuführen, die mindestens 2 Größenordnungen höher ist als ihre Mobilität in Silizium, und die “ballistische” Natur ihrer Bewegung entlang des Films. Der freie Weg von Leitungselektronen und Löchern in Graphen bei Raumtemperaturen übersteigt 1 μm. Um den gewünschten Effekt auf dem Substrat von Metallfolie zu erzielen, werden Graphen und dotiertes Siliziumy auf mehrere Schichten aufgetragen, und wenn Strahlung durch diese Kombination von Silizium- und Graphenschichten geht, beginnt ein harmonischer Resonanzprozess. Die optimale Zusammensetzung eines solchen Materials setzt das Vorhandensein von 12 alternierenden Schichten von Graphen-Silizium mit ihrem Gesamtverhältnis von 75/25% voraus.
Überlagerung der Frequenz des äußeren Einflusses von Partikeln von Umgebungsstrahlungsfeldern, einschließlich der Wirkung von Neutrinos auf die innere Frequenz von Schwingungen von Graphenwellen, die durch die thermische Brownsche Bewegung von Graphenatomen verursacht werden, verstärkt solche Oszillationen und führt zu Resonanz. Atomschwingungen in Resonanz verstärken die Rückkehr von Elektronen in Kontakt mit dotiertem Silizium. Die Verwendung von Graphen praktisch ohne Verunreinigungen und die Verwendung von Dotierung “bewirkt”, dass Graphenelektronen in eine Richtung fließen, dh es entsteht ein elektrischer Strom.
Der Gesamteffekt ist das, was Physiker “schräge Streuung” nennen, bei der Elektronenwolken ihre Bewegung in eine Richtung lenken. Das Auftragen einer mehrschichtigen Beschichtung auf eine Seite der Folie führt zum Auftreten verschiedener Pole: Die beschichtete Seite hat einen positiven Pol und die unbeschichtete Seite ist negativ, wodurch sie übereinandergelegt und gepresst werden können, um eine zuverlässige Reihenverbindung der Platten zu erhalten. Eine Platte mit den Maßen 200×300 mm erzeugt eine Spannung von 1,5 V und einen Strom von 2 A. Auf der Grundlage der Neutrinovoltaik-Technologie ist es der Neutrino Energy Group gelungen, einen kraftstofffreien Generator (BTG) der sogenannten “freien Energie” ohne rotierende Teile zu schaffen.
Die lizenzierte industrielle Produktion von freien Neutrino Power Cube-Energieerzeugern mit einer Nettokapazität von 5-10 kWh wird in der Schweiz Ende 2023 – Anfang 2024 beginnen. Es wird in Form einer Schalttafel (Schrank) hergestellt, die bedingt in 2 Abteilungen unterteilt wird: eine elektrische Erzeugungsabteilung, in der sich die Stromerzeugungsmodule befinden, und ein Fach für die Installation eines Steuerungssystems. Das Erzeugungsfach hat eine Größe von 800x400x600 mm und ein Gewicht von ca. 50 kg. Im Schaltanlagenraum werden Wechselrichter platziert, um den erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom mit einer Spannung von 220 V und 380 V umzuwandeln. Es gibt auch einen DC-Anschluss für den direkten Anschluss von Computern und verschiedenen Geräten und Gadgets. Die angewandte Anwendung der Technologie verspricht multifunktional zu sein, was sie angesichts der Transformationsprozesse des modernen Energiesektors in den kommenden Jahren zweifellos nachgefragt machen wird.
Autor: L.K. Rumyantsev, Ph.
Übersetzung aus dem russischen, Original Artikel finden Sie hier: Neutrinovoltaic –
принцип электрогенерации под воздействием окружающих полей излучений
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