在宇宙中中微子、其他電磁輻射和熱輻射的影響下獲得直流電。

本發(fā)明受國(guó)際專利WO2016142056A1的保護(hù)。

中微子光伏發(fā)電技術(shù)(Neutrinovoltaic)，基于使用石墨烯(石墨單原子層)和摻雜硅交替層的多層納米材料(類似鋰離子電池疊片工藝)，將電磁輻射和熱量轉(zhuǎn)化為電能。

2010 年，安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因“二維材料-石墨烯的高級(jí)實(shí)驗(yàn)”獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，為其在各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了廣闊的領(lǐng)域。諾貝爾委員會(huì)表示，獲獎(jiǎng)?wù)吣軌?ldquo;證明單層碳具有源自令人驚嘆的量子物理學(xué)世界的非凡特性”。石墨烯是碳的二維同素異形改性，由一層一個(gè)原子厚的碳原子形成。碳原子處于 sp² 雜化狀態(tài)，并通過六邊形二維晶格中的 σ 鍵和 π 鍵連接。

Neutrino Energy Group 制造的納米材料含有交替涂在金屬箔上的石墨烯和合金硅層，通常是鋁箔，以降低電流源(電極)的生產(chǎn)成本.石墨烯是一種二維材料，可以表現(xiàn)為三維材料。它是將熱輻射和電磁輻射轉(zhuǎn)化為電流的指示器。石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固和具有彈性。石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)很高，這與高導(dǎo)電性相結(jié)合，提供了比銅薄膜中可能的最大電流高出一百萬倍的電流傳輸能力。當(dāng)溫度升高時(shí)，根據(jù)費(fèi)米-狄拉克分布，一些電子進(jìn)入導(dǎo)電區(qū)，在價(jià)區(qū)留下“空穴”。這就決定了石墨烯在室溫下的導(dǎo)電性。導(dǎo)電電子和石墨烯中的“空穴”的有效質(zhì)量為零，即它們不能靜止，但總是以“費(fèi)米速度”移動(dòng)，在石墨烯中，費(fèi)米速度約為106米/秒，這是相對(duì)論的。由于石墨烯中電荷載體的遷移率非常高，至少比硅中的遷移率高2個(gè)數(shù)量級(jí)，以及它們沿薄膜運(yùn)動(dòng)的“彈道”性質(zhì)。室溫下電子導(dǎo)電和石墨烯空穴的自由行程長(zhǎng)度超過1微米。

各種電磁輻射和溫度的影響導(dǎo)致了“石墨烯”波的出現(xiàn)，這些波可以通過放大顯微鏡觀察到。通過接觸硅層，石墨烯釋放電子，從而產(chǎn)生電流。石墨烯的主要特性，使其能夠用于產(chǎn)生電流，是其原子的增加振蕩。現(xiàn)在科學(xué)界已經(jīng)證明，石墨烯不可能存在于二維平面上，而只能存在于三維平面上。來自阿肯色大學(xué)的一組科學(xué)家對(duì)石墨烯進(jìn)行了研究，石墨烯被應(yīng)用于銅板上。他們用掃描隧道顯微鏡觀察了原子位置的變化.這是一個(gè)非常有意義的發(fā)現(xiàn)，在石墨烯有一個(gè)波浪，就像海面上的波浪，這是由于小的自發(fā)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，并導(dǎo)致更大的自發(fā)運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)。一個(gè)原子的熱位移(原子的布朗運(yùn)動(dòng))與其他原子的熱位移相加，產(chǎn)生水平極化的表面波，在聲學(xué)上被稱為列瓦波。由于石墨烯晶體晶格的特殊性，它的原子在串聯(lián)中振蕩，這與液體中分子的自發(fā)運(yùn)動(dòng)不同。

阿肯色大學(xué)的蒂巴多教授在接受《研究前沿》雜志采訪時(shí)說：“這是利用二維材料運(yùn)動(dòng)作為不竭能源的關(guān)鍵。串聯(lián)振動(dòng)在石墨烯板中產(chǎn)生漣漪，從而利用最新的納米技術(shù)從周圍空間提取能量。”

Neutrino Energy Group的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了ETH(Eidgenössische Technische Hochschule，Zürich)教授Vanessa Wood及其同事的獨(dú)立驗(yàn)證，結(jié)果表明，當(dāng)材料的尺寸小于10到20納米，即比人類頭發(fā)直徑小5000倍時(shí)，納米顆粒表面外原子層的波動(dòng)很大，對(duì)這種材料的行為方式起著重要作用。這些原子振動(dòng)，或“聲子”，負(fù)責(zé)電荷和熱量如何在材料中轉(zhuǎn)移。考慮到，例如：如果石墨烯原子的振蕩比硅原子的振蕩強(qiáng)100倍，那么電磁輻射的外效應(yīng)頻率疊加，包括中微子的作用在內(nèi)，對(duì)石墨烯波振蕩的內(nèi)部頻率加強(qiáng)了這種振蕩，并導(dǎo)致原子振蕩的共振。共振中的原子振蕩使電子在接觸合金硅時(shí)產(chǎn)生更大的輸出。

有必要特別注意中微子的影響。 2015 年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩個(gè)研究中微子特性的實(shí)驗(yàn)小組 Super-Kamiokande 和 SNO 的負(fù)責(zé)人 Takaaki Kajita 和 Arthur B. McDonald。他們的工作有力地證明了中微子的三種味道，它們能夠振蕩——在飛行中自發(fā)地彼此轉(zhuǎn)化。在與基本粒子的反應(yīng)中誕生的可能是某一類中微子，而在空間中傳播的可能是某一質(zhì)量的中微子。正是質(zhì)量的證明，即能量的存在，是將中微子能量轉(zhuǎn)化為電流的理論可能性的關(guān)鍵論據(jù)。

直到最近，人們?nèi)匀徽J(rèn)為中微子不與物質(zhì)相互作用，宇宙中微子穿透地球，沒有遇到任何障礙。但是，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(美國(guó))的 COHERENT 合作的最新出版物使完整的圖景成為可能。她的作品匯集了來自四個(gè)國(guó)家19個(gè)研究所的80人，包括俄羅斯(以AI Alikhanov命名的ITEP(NC“庫(kù)爾恰托夫研究所”)、MEPHI大學(xué)和MIPT)。 2017 年的第一次實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，旨在研究中微子與銫和碘原子核的相互作用。由于中微子是電中性的并且與物質(zhì)的相互作用非常弱，因此觀察這種相互作用需要開發(fā)探測(cè)器技術(shù)。由于銫和碘的原子核比較大和重，中微子是電中性的，與物質(zhì)的相互作用非常弱，原子核與中微子相互作用的反沖非常微弱，得到的結(jié)果無法得出最終結(jié)論被繪制。因此，研究人員進(jìn)行了中微子與氬原子核相互作用的實(shí)驗(yàn)，氬原子核比銫和碘的原子核輕。發(fā)現(xiàn)低能中微子參與與氬原子核的弱相互作用。這個(gè)過程稱為相干彈性中微子核散射 (CEVNS)。中微子，就像網(wǎng)球擊打保齡球一樣，“擊中”原子的大而重的原子核，并向其傳遞微量能量。結(jié)果，核心幾乎在不知不覺中彈跳起來;低能中微子參與與物質(zhì)原子核的弱相互作用。由于石墨烯是碳，其原子質(zhì)量比氬原子質(zhì)量輕，因此中微子與碳核相互作用的影響會(huì)比與氬更明顯，導(dǎo)致石墨烯原子的振動(dòng)幅度增加(石墨烯波)。因此上，可以認(rèn)為以每秒 600 億個(gè)粒子的強(qiáng)度落在地球表面 1 cm2 上的中微子的能量可以轉(zhuǎn)化為電流，這種轉(zhuǎn)化不受天氣條件或季節(jié)的影響，并在白天和晚上都保持穩(wěn)定。

瑞士理工學(xué)院對(duì) Neutrinovoltaic 技術(shù)的獨(dú)立測(cè)試表明，在混凝土掩體和法拉第籠中地下 30-35 米深度的能量電池的測(cè)試測(cè)試完全排除了除中微子之外的任何輻射對(duì)直流電的影響生成過程。在這些條件下，只有中微子可以與測(cè)試的納米材料相互作用。然而，即使在這樣的條件下，這些設(shè)備也測(cè)量到了 2.5-3.0 W 的功率，這是從 A4 紙尺寸的大小的金屬箔獲得的，該金屬箔的一側(cè)涂有多層納米涂層，由 Neutrino Energy Group 制造。

麻省理工學(xué)院也在研究通過使用石墨烯和氮化硼獲得直流電的可能性，但其成就和既定目標(biāo)要溫和得多，并且處于初級(jí)階段。雖然需要注意的是，現(xiàn)階段麻省理工學(xué)院仍然只是研究石墨烯以獲得直流電。該研究所的科學(xué)家目前正在研究使用石墨烯和氮化硼將太赫茲(或 T 射線)波(頻率介于微波和紅外光之間的電磁波)轉(zhuǎn)化為有用的能量。太赫茲波在我們的日常生活中很普遍，如果使用，它們的集中能量有可能作為替代能源。麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過將石墨烯與氮化硼結(jié)合，石墨烯中的電子必須扭曲其向一個(gè)大方向上的運(yùn)動(dòng)。任何傳入的太赫茲波都必須像許多微型空中交通管制員一樣“攜帶”石墨烯電子，以便它們可以像直流電一樣沿一個(gè)方向流過材料。整體效應(yīng)就是物理學(xué)家所說的“傾斜散射”，即電子云在一個(gè)方向上偏轉(zhuǎn)其運(yùn)動(dòng)。 Neutrino Energy Group 制造的納米材料中石墨烯層和摻雜的硅層疊加也發(fā)生了類似的機(jī)制。麻省理工學(xué)院材料研究實(shí)驗(yàn)室的主要研究員 Hiroki Isobe 表示：“如果我們能夠?qū)⑦@種能量轉(zhuǎn)化為我們?nèi)粘Ｉ�活中可以使用的能源，它將有助于解決我們現(xiàn)在面臨的能源問題。”

一層石墨烯材料的鋁箔片可以產(chǎn)生非常微弱的電流，但我們的任務(wù)是創(chuàng)造一種能夠穩(wěn)定輸出工作電流的電池技術(shù)，并且該電池的尺寸比較緊湊(具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率和能量密度)。否則，這項(xiàng)技術(shù)就無法在商業(yè)上得到應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)是通過制造多層納米材料來完成的，通過增加多次輸出電流和電壓來實(shí)現(xiàn)必要的效果。”通過這種硅和石墨烯層的組合，輻射開始了一個(gè)諧振過程，然后由一個(gè)電轉(zhuǎn)換器儲(chǔ)存下來。金屬載體的覆蓋面為正極，未覆蓋面為負(fù)極。

多片涂有創(chuàng)新納米材料的鋁箔片，如同鋰離子電池的疊片工藝類似，把極片依次串聯(lián)組合，構(gòu)成了一個(gè)能量電池單元。當(dāng)多個(gè)電源單元的采用不同的組合連接方式時(shí)，形成所需尺寸和功率特性的直流電源。尺寸為9cmX32cmX42cm Neutrinovoltaic 電池(尺寸類似旅行小皮箱)，輸出功率為4.5至5.5千瓦/小時(shí)。如此緊湊的尺寸和高轉(zhuǎn)化率，使得Neutrinovoltaic電池用于供電的自主電源成為可能，包括給獨(dú)立的房屋和電動(dòng)汽車供電。

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