转贴 重大发现！石墨烯竟然可以这么做！二类永动机

阿肯色大学的研究人员就是在这么看啊看的过程中，想到了一些东西。
我们知道微小粒子无时无刻不在做着无规则运动，
高中的物理学过，这叫“布朗运动”。

别的微粒做布朗运动那是乱七八糟地动，
但石墨烯不一样，它可是一片完美的单层晶体啊。
再加上它很好的韧性和强度，当它做起了布朗运动，
那就像是一片海水泛起了波浪。

科学家一拍脑袋，这可以用来发电啊！
他们做了一个叫做振动能量收集器（VEH）的玩意。
利用石墨烯薄膜的振动让电荷在两个电极之间传递，从而产生电流。

可惜啊，这都是极其微观的运动。
研究团队目前只能做到用10平方微米的石墨烯产生10微瓦的电流。
好在，它是持续不断的。

带动汽车、手机是不要想了。。
但可以给一块手表，或者植入体内的元器件供电。
这就省去了换电池的麻烦！

　　不过…
这样的电池虽然可以产生源源不断的电流，但你千万别以为这就是永动机了。
至于为什么，大家可以自己思考一下~

下面是我以前发的贴子，属于这一类的二类永动机。
我的这个，不比那个差。石墨烯很贵，成本会很高。
是利用电磁感应，道理为：导体切割磁力线而产生电流，动力也是利用分子撞击不平衡，既布朗运动的微小水流的运动。也好比是线圈，在磁场中震动来切割磁力线，产生电流的道理。由于颠覆震动是可逆性的，就是在导体两端加二极管整流，这样就可以使电流来回流动，变成单向流动。再用串联与并联的方法提高电流与电压，而得到可利用的大功率。
该装置见下面示意图：

该系统装置是多个微小的这种装置组成。道理是：导电的流体，穿过磁铁的N、S磁场中，切割磁力线，产生电流，通过绝缘导线传走（有点磁流体发电的意思）。
流体流过的面积很小，比花粉直径大不多，由于是微小的单位，就形成了布朗的无规则往复运动。所切割磁力线产生电流方向，也是往复的。但是，由于有‘二极管’的作用，电流只能去，而回不来。由此就形成了单一方向的电流。由于是多个并联可以增加电流，多组串联可以提高电压，由此就会得到可利用的大功率电流。
用的导电液体，如盐水、电解液等。
该装置可用钠米或集层电路等技术，如光刻方法，可将装置做的很小，以达到微观布朗运动的要求。

上图更合理，加个整流器，串联与并联可以产生更大的电流。

下面是我以前发过关于布朗运动，二类永动机的文章，节选。
利用布朗运动，不平均撞击现象，产生局部的能量差，也为局部的熵减，来利用能量。
物体有温度，就有能量，温度能量显示，在“布朗运动（自由的无规律运动）”就会有充分的体现。
布朗运动是在液体和气体中的微粒（直径1/10000 — 1/100 毫米），所做的永不停止，无规则运动。它是在英国植物学家，布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉时，发现的。布朗运动是：悬浮微粒，受到周围液体和气体分之，从各个方向不平衡撞击引起的。
单一的分子运动能量，为什么不能当能源利用，因为，这些运动的气、水等分子，不定向成絮乱状态，也称为该系统，熵的最大化。难单一的向一个方向运动。如果能使自由运动的粒子，在无位差的情况下，向一个方向运动，把无序运动变成有序运动、即成为人们能利用的动能，既在一个系统中出现墒减。
如想一下，在这些分子的不平衡撞击时候，在中间装有一个装置（如在工业上可以称为：‘止逆伐’， 电子工业中称为‘二极管’），就是在正向撞击的时候，可以冲开通过，在反向撞击的时候，阀门关上，而过不去。如果我们将，这个‘止逆阀’ （‘二极管’）做的很小，就象体现布朗运动，10 u m，以下的。这样在正撞击下，分之就可以通过，而在反撞击的情况下，就不会关闭阀门挡住。（也好比是很多，不知道疲倦，永远乱跑的一群人，当经过一道门，该门正面可进，回来就关上，这样，这群人，就会形成单一方向的人流。）这样流体就会向一个方向流动了。
有此可见，能研究出微观运动的止逆阀，就可以把无序的布朗运动，变成有序定向运动了，该系统就会出现熵减，在无压差的情况下利用能源。既该装置在环境温度下，可以吸收周围环境的温度能量，输出人们需要的能量，如热与电流等。
例如在空气中，我们可以想象，气体就象一个乱飞的弹性小球，在不停的飞舞，如果能向一个方向飞，就是风的感觉，也就可以利用这个运动了。如在空气中，用一根管子，中间加这样的一个止逆阀就成为风机了。用风吹动风轮发电，就可以利用能源了。
见下图示意：

该道理在理论上是行得通的，气体运动、液体运动、物体发射辐射热等方面，都可能找到这种止逆阀，问题是在技术上，做这么小的‘止逆阀’是非常困难的，只不过人类还没解决而已。
在网上有很多‘否定热力学地而定律的文章’，也有一些‘第二类永动机’的设计。我在这方面，也设计了多种，下面就介绍一下。
1、 一种机械活动球‘止逆伐’方案
该道理，是利用分子微观运动的涨落，设计的单向阀门，也就是把工业上的这种阀门缩小了。
该设计见下图示意：


如果我们将，这个‘止逆阀’做的很小，就象体现布朗运动，10 u m，以下的，这样微小布朗运动的絮乱流量，在‘正’撞击下，分子就可以通过，而在‘反’撞击的情况下，就会关闭阀门挡住。这样流体就会向一个方向流动了。有此可见，在理论上是行得通的。
下图是：多组提高压差的示意。

下图是：利用‘活动球止逆阀’，发电的装置示意图，活动球止逆阀板可以使流体定向流动，循环做功，推动叶轮转动，再带动发电机发电。而电能损失的能量，再通过换热器吸收外界的热量，得到补充。

上图是：利用定向流体发电的装置示意图，流动能量传给发电后，再通过换热器吸收外界的热量，使气体重新得到能量，循环做功。
由此可见，能研究出微观运动的止逆伐，就可以把布朗运动，变成定向运动，在无压差的情况下利用能源。但关键问题是：在技术上，做这么小的‘止逆阀’制造非常困难。

2、另一种机械‘止逆伐’方案
下面设计的这种‘止逆伐’，利用纳米技术，利用电子光刻，电子束光源（波长一般小于0.1 n m ），利用集成电路技术等，是有可能制造出来的。
见下图示意：

2、电子‘止逆伐’
微型结构的活动部件，制造比较困难，如果不用活动部件，制造会容易一些。如用电子‘二极管’，理论上可以做的很小，如现在工业上用的集成电路、微电子技术等。
该方案其道理基本是：一些物体的分子，在最外层的电子，由于受到原子的引力小，尤其是在不饱和作态的时，很活跃。在得到外来能量的时候，可使这些电子运动速度加快，当速度高到一定程度的时候，该原子的引力吸引不住这些电子，就会脱离该分子（就好比是卫星，由于火箭发射的高速度，把卫星甩了出去）。该分之也成为离子。而后面低能的电子就会及时补充进来。由此出现两面的电位差。或者在外来能量时候，电子会向一面集中，两面出现的电势差。
这些外来的能量，表现有：A、光电效应，就是外层电子吸收了光能量，电子的飞跃。如光电效应，光伏达电池等。B、温差电现象，就是一些物体，两面出现温差时候，也产生了电势差，如温差电池等。C、热电子发射，电子加热，产生了飞跃，也就是显象管原理等。D、压电效应，就是一些物质，如石英晶体等，在外力压缩后，两面可产生了电势差。E、摩擦生电，两种物质，得到摩擦的能量后，就会分别携带正电核与负电核，等。
下面设计一种装置，可利用，是利用分子撞击不平衡，是设计即多分子同时撞击，能量大，由于是利用压电效应材料，这时，物体两面就会出现‘电位差’。前二极管输出电流，后二极管就会输入电流。但是当多分子同时离开的时候，能量减少，压电材料恢复正常。在等待下一轮重复。而产生反复脉冲电流。
这种装置的原理如下：


由此看出，该装置，就好比是：一个输送电流的往复泵，在‘布朗运动’分之，不平均冲击下，简短的放电。两个二极管，也是两个‘止逆伐’。也就好比是，心脏压血一样，使血液定向流动。由此产生脉冲电流。
该装置，不用压电材料，如利用温差产生电流道理（就是多分子冲击下，就会产生局部高温）。还可是摩擦产生电流的道理，理论都是可行的。
如果想提高电压和流量，就是利用多个串联和并联的方法。
下面的装置是利用串联提高电压，的示意。

该系统装置是多个微小的这种装置组成。道理是：导电的流体，穿过磁铁的N、S磁场中，切割磁力线，产生电流，通过绝缘导线传走（有点磁流体发电的意思）。
流体流过的面积很小，比花粉直径大不多，由于是微小的单位，就形成了布朗的无规则往复运动。所切割磁力线产生电流方向，也是往复的。但是，由于有‘二极管’的作用，电流只能去，而回不来。由此就形成了单一方向的电流。由于是多个并联可以增加电流，多组串联可以提高电压，由此就会得到可利用的大功率电流。
该装置可以利用钠米或集层电路等技术，如光刻方法，可将装置做的很小，以达到微观布朗运动的要求。
用的导电液体，如盐水、电解液等。
3、电磁感应‘止逆阀’方案
是利用电磁感应，道理为：导体切割磁力线而产生电流，动力也是利用分子撞击不平衡，既布朗运动的微小水流的运动。也好比是线圈，在磁场中震动来切割磁力线，产生电流的道理。由于颠覆震动是可逆性的，就是在导体两端加二极管整流，这样就可以使电流来回流动，变成单向流动。再用串联与并联的方法提高电流与电压，而得到可利用的大功率。
该装置见下面示意图：

该系统装置是多个微小的这种装置组成。道理是：导电的流体，穿过磁铁的N、S磁场中，切割磁力线，产生电流，通过绝缘导线传走（有点磁流体发电的意思）。
流体流过的面积很小，比花粉直径大不多，由于是微小的单位，就形成了布朗的无规则往复运动。所切割磁力线产生电流方向，也是往复的。但是，由于有‘二极管’的作用，电流只能去，而回不来。由此就形成了单一方向的电流。由于是多个并联可以增加电流，多组串联可以提高电压，由此就会得到可利用的大功率电流。
用的导电液体，如盐水、电解液等。
该装置可用钠米或集层电路等技术，如光刻方法，可将装置做的很小，以达到微观布朗运动的要求。
4、再一种电磁感应‘止逆阀’方案
道理是：在一小装置内，液体中有悬浮的小磁铁，距离很近的地方有小线圈，线圈导线两端有二极管，花粉般大小的磁铁，在液体中产生布朗运动，使附近的小线圈中产生电流，可逆性的电流在二极管的作用下，可去不可回，就会产生单一流向。该装置如果想提高电压和电流，也是利用多个串联和并联的方法。
见下装置示意图。

5、电磁感应‘发热’‘止逆阀’方案
（A）、其道理是：在一小装置内，液体中有悬浮的小磁铁，距离很近的地方有小线圈（良导体），线圈导线联另一线圈（电阻大的）。花粉般大小的磁铁，在液体中产生布朗运动，使附近的小线圈中产生电流，电流联另一线圈，由于电阻大发热，由此一机级温度高于一级，产生温差。
该装置如果想提高温差，也是利用多个串联和并联的方法。
见下装置示意图：

6、再另一种形式，见下装置示意图：



关于，‘微观止逆阀’，还有很多方法。
上面的各装置，利用现代技术，如纳米、光刻集层电路工艺等，可将装置做的很小，以达到微观布朗运动的要求，理论上，用现有的技术是可能做出来的。关于布朗运动的第二类永动机，还有很多方法可行。
对于布朗运动永动机，在网上也看到，有人有这类的想法，但是因为太微观，制作需要小到纳米级别的技术，很困难，因此至今没有看到制作成功的证明。

基于随机热力学的石墨烯电池可以自己发电？
老胡说科学
2020-10-17 11:56优质科学领域创作者关注热力学是最古老的物理理论之一。18世纪和19世纪的物理学家，如卡诺，克劳修斯，吉布斯，亥姆霍兹和波尔兹曼，将它作为一个基石来研究由许多粒子组成的宏观系统的行为，如热量如何从一个系统传输到另一个系统，以及发动机如何工作等问题。从热力学中，我们得到这样的定律：不存在永动机。与力学定律或许多场论不同，热力学总是被认为是包含严格事实上的定律。主要的定律是：能量既不能创造也不能毁灭。熵永远不会减少。这里有限定词。在第一定律中，系统必须是封闭的。对于第二种情况，我们讨论的是将两个或更多孤立的系统组合在一起。能量守恒是我们宇宙的时间平移对称性的结果。物理定律中的所有时间都可以以一个恒定的量移动。这是从埃米·诺特定理得到的。任何物理定律都不能破坏能量守恒。第二定律是物理学的“事实”定律。在其他人可能使用“统计”一词的地方，我用这个术语。但是，与社会学等其他领域相比，说统计是偏保守的。直到大约25年前，才认识到违反第二定律是不可能的。卡诺的发动机效率定理源自这些定律。他定理的结果是，如果两个系统处于相同温度（处于平衡状态），则效率为0％，没有任何运动。热力学第二定律的一个问题是，它与另一个严格的物理定律相冲突：即所有物理过程都是时间可逆的。粒子的任何向前运动轨迹都可以以同样的方式向后运动。如果是这样的话，为什么像第二定律这样暗示不可逆过程存在的定律也存在呢？物理学家们为此争论了几十年，直到1993年埃文斯和他的团队提出了一个可能的解决方案，称为涨落定理。涨落定理为热力学第二定律提供了一个例外，即使在所谓的不可逆过程中也允许可逆。本质上，它说的是随着时间的延长熵增加的可能性呈指数增长。因此，第二定律不再严格，只是指数概率。（指数概率分布极快地趋近于0或1，使它看起来几乎是确定无疑的）。这个被力学证明的定理为一门新的科学打开了大门：随机热力学，在过去的二十年里，它已经被多次实验证明，每次都有更惊人的结果。阿肯色大学的一个团队本月发表的最新证明可能是最令人惊讶的：石墨晶片的“平面外”热运动能产生电能。乍一看，这是一台永动机，但其背后的理论是合理的。其基本思想是任何系统都将熵（热量）与环境交换。当系统与其热源的接触处于平衡状态时，使得能量在任何方向上的交换都是均等的，而系统的其他部分可以远离平衡状态。这意味着在很短的时间内，系统可以在达到平衡状态时做有用的功。然而，如果它们非常小，由几个单独的粒子组成，它们永远不会保持完美的平衡。相反，它们会经历随机的波动，从而使它们远离平衡状态。石墨烯的情况就是如此，即使在完全真空中也会受到量子效应的涨落。尽管这项研究的作者在新闻媒体上声称他们可以从热波动中获取能量，但他们还没有证明他们可以储存能量。相反，他们的实验通过电阻器将其作为热量散发出去。时间会告诉我们，这样是否能获得真正的能量。他们计划将能量储存在一个微型电容器中，作为下一次实验。希望能在以后的时间通过释放电容器的能量来驱散它。一种思考方法是，你并不是真的在创造永动机。相反，你是从系统的热力学平均周围的方差中提取能量。换句话说，通过使一个系统在一些波动后更快地回到平衡状态，我们可以做有用的功。然而，随机热力学背后的科学远远超出了从布朗运动中获取能量的范畴。这是一个从根本上更复杂和连贯的热力学理论，它考虑如何使系统达到平衡并保持它，当系统连接到多个热源而不是一个时，会发生什么，就像石墨烯被连接到它的储热器和电路一样。随机热力学结合了两个基本概念：作为经典热力学基础的普通统计力学和对理解发动机和控制系统等非平衡统计过程至关重要的马尔可夫过程。当平衡统计力学忽略时间时，马尔可夫过程是一种表示随机过程如何随时间变化的方式。结合这两种情况，我们得到了对动态过程的描述，在很长一段时间内，它可能具有平稳的统计状态，但在很短的一段时间内，偏离平衡状态的概率是非零的（但指数小）。马尔可夫过程描述平衡系统的一个关键性质叫做详细平衡，它来自于一个叫做主方程的东西。主方程表示随机系统如何从一种状态过渡到另一种状态。详细平衡的概念是，如果一个系统有两种状态m和n，那么它从m到n的转换概率和从n到m的转换概率是一样的，也就是说，一个方向的转换概率和另一个方向的转换概率是一样的。这是平衡的基本表述。为了让马尔可夫过程做功，它必须在短时间内打破详细的平衡。违反详细平衡表现为一种力量，因为它们增加了状态向一个方向而不是另一个方向转变的可能性。这个思想是非平衡过程的基础，但我们现在知道它也适用于“平衡”过程，因为在现实中，不存在任何时间尺度下的平衡，也就是说，平衡不是比例不变的。这一理论帮助阿肯色大学的研究小组证明，石墨烯粒子在布朗运动下可以产生电能，然后通过一对二极管将交流电转换为两种直流电，并在一个电阻器中耗散。这个理论是，如果布朗运动能产生这样的直流电，它就能在其他东西中消散，可能在以后，比如为微芯片或小型LED供电。事实上，这已经不是第一次在实验中看到微观“发动机”了。2016年，一个西班牙团队发表了一份关于布朗发动机的调查报告，该发动机的热波动造成了与热力学第二定律的偏差，使得热平衡状态下也能做功。他们观察到一个被困在水中的聚苯乙烯粒子，观察到它如何违反了卡诺发动机效率定律。由此，我们有可能制造出大量的纳米级发动机阵列来产生能量，尽管捕获这些粒子所需的能量和费用可能会超过它们产生的能量。而石墨烯可能提供了答案，因为它的粒子被困在碳分子的晶格中。然而，实际应用可能还很遥远。实验中产生的电量为万亿分之一瓦，所以你的下一代iPhone用石墨烯自己发电的可能性很小。
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