石墨烯新用途：由環境熱力中獲取無盡的潔淨能源

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石墨烯新用途：由環境熱力中獲取無盡的潔淨能源



理想的石墨烯分子結構 ( 來源：AlexanderAlUS )

石墨烯高電子移動率、高導熱系數、低電阻與高透明度等特性，使其在電子工業上的應用前景光明，劍指目前矽晶圓的主導地位。然而近期的一份研究卻意外發現石墨烯的另一可能用途—由環境熱力中獲取潔淨能源。


少見能單獨存在的二維分子

石墨烯 ( graphene ) 是碳原子相互排列，形成六角型蜂巢結構的單層二維平面分子。長久以來，被認為是如石墨 ( graphite )、炭 ( charcoal )、奈米碳管 ( carbon nanotube ) 與富勒烯 ( fullerene ) 等，多個碳同素異形體「理論上」的組成單元。

依據熱力學原理，因熱擾動所造成平面原子的上下震盪，容易在三維空間上形成新的鍵結，破壞原有的二維結構。然而這樣的猜想，在 2014 年英國曼徹斯特大學安德烈．蓋姆 ( Andre Geim ) 教授所領導的研究團隊，成功以膠帶由石墨剝離出少量單層石墨烯後，便不攻自破。


特殊的熱擾動現象

只是，當美國阿肯色大學 ( University of Arkansas ) 保羅．提拔督 ( Paul Thibado ) 教授與其所指導的研究生將石墨烯放置在銅片網上，並以穿隧式電子顯微鏡觀察石墨烯分子上所發生的熱擾動，卻發現一特殊現象。

熱擾動所造成的，並非單一原子隨機的漲落，而是整片石墨烯如海浪般上下擺動，有如一張由碳原子交織而成的鐵絲網受到外力拉扯。如此一致性的運動，使得提拔督意識到：我們或許可藉此，將環境中的熱力—也就是熱擾動的來源—作為電力來源。


影片:
http://www.youtube.com/watch?time_continue=19&v=wrleMqm3HiU

由環境熱中獲取電力

據其估算，一片 100 平方微米 ( square micrometre, µm² ) 的石墨烯可產生約 10 微瓦 ( microwatt ) 的電力。約兩萬片上述規格的石墨烯片，一針尖大小的電池，便可在室溫下，為一隻功能簡單的手錶永久提供電力。

提拔督教授目前正與美國海軍研究實驗室 ( US Naval Research Laboratory ) 合作，深入研究與評估實際應用的可行性。若最終成功商品化，或許更可應用於如體內心律調節器等需要電力的生物植入物，免去更換電池所衍生的健康與醫療風險。

明日科學