Energia do grafeno

Físicos conseguiram gerar uma corrente elétrica a partir do movimento natural dos átomos de carbono do grafeno, descobrindo o que eles dizem ser "uma nova fonte de energia limpa e ilimitada".

"Um circuito de coleta de energia baseado no grafeno poderia ser incorporado a um chip para fornecer energia limpa, ilimitada e de baixa tensão para pequenos dispositivos ou sensores," disse o professor Paul Thibado, da Universidade do Arkansas, nos EUA.

A equipe construiu um circuito capaz de capturar o movimento térmico do grafeno e convertê-lo em corrente elétrica. É uma corrente minúscula, mas que questiona uma série de paradigmas na física.

Já existiam teorias de que uma folha de grafeno apoiada apenas pelas bordas sofreria ondulações que poderiam ser exploradas para a colheita de energia, mas a ideia permanecia controversa porque contesta a conhecida afirmação do físico Richard Feynman de que o movimento térmico dos átomos - conhecido como movimento browniano - não pode gerar trabalho.

Contudo, a equipe do professor Thibado demonstrou que, à temperatura ambiente, o movimento térmico do grafeno de fato induz uma corrente alternada em um circuito, algo considerado impossível.

Esquema do circuito que extrai eletricidade do grafeno.
[Imagem: P. M. Thibado et al. - ]

Trabalho extraído do movimento browniano

Na década de 1950, o físico Léon Brillouin publicou um artigo de referência nessa área contestando a ideia de que adicionar um único diodo - um portão unidirecional para os elétrons -, a um circuito seria a solução para coletar energia do movimento browniano.

Sabendo disso, o grupo de Thibado construiu seu circuito com dois diodos para converter a corrente alternada em corrente contínua. Com os diodos em oposição, permitindo que a corrente flua para os dois lados, eles fornecem caminhos separados através do circuito, produzindo uma corrente contínua pulsante que realiza trabalho em um resistor de carga.

"Nós também descobrimos que o comportamento liga/desliga dos diodos, semelhante a um interruptor, na verdade amplifica a potência fornecida, em vez de reduzi-la, como se pensava anteriormente. A taxa de mudança na resistência fornecida pelos diodos adiciona um fator extra de potência.

"As pessoas podem pensar que a corrente fluindo em um resistor faria com que ele aquecesse, mas a corrente browniana não. Na verdade, se nenhuma corrente estivesse fluindo, o resistor esfriaria. O que fizemos foi redirecionar a corrente do circuito e transformá-la em algo útil," detalhou Thibado.

O objetivo agora é colocar todo o circuito dentro de um chip, incluindo um sistema para coletar a energia.
[Imagem: Russell Cothren/University of Arkansas]

Coletar a energia do grafeno

Parece que a folha de grafeno e o circuito entram uma "relação simbiótica": Embora o ambiente termal esteja realizando trabalho no resistor de carga, o grafeno e o circuito continuam na mesma temperatura, ou seja, o calor não flui entre os dois.

Essa é uma distinção importante, disse Thibado, porque uma diferença de temperatura entre o grafeno e o circuito - em um circuito que produz energia - entraria em contradição com a segunda lei da termodinâmica. "Isso significa que a segunda lei da termodinâmica não é violada, nem há necessidade de argumentar que o 'Demônio de Maxwell' está separando elétrons quentes e frios," disse Thibado.

O próximo objetivo da equipe é determinar se a corrente contínua pode ser armazenada em um capacitor para uso posterior, uma meta que irá exigir a miniaturização do circuito e sua construção em uma pastilha de silício - dentro de um chip.

Se milhões desses minúsculos circuitos pudessem ser construídos em um chip de 1 por 1 milímetro, eles poderiam servir como substituição de uma bateria de baixa potência alterima geradores