Technischer Hintergrund der Neutrinovoltaik Technologie

Neutrino Energy Group definiert die Zukunft der Energie: Revolution durch Neutrinovoltaik-Technologie

(industrietreff) - Die Neutrinovoltaik-Technologie ist eine Technologie zur Umwandlung der thermischen (Brownschen) Bewegung von Graphenatomen und der Energie der umgebenden Felder unsichtbarer Strahlung, einschließlich Neutrinos, in elektrischen Strom unter Verwendung eines mehrschichtigen Nanomaterials auf Graphenbasis. Die ersten Patentanmeldungen wurden 2013 eingereicht, die Erfindung ist heute durch das internationale Patent WO2016142056A1 u.a. geschützt.



Strukturell besteht das Nanomaterial aus abwechselnden Schichten aus Graphen und dotiertem Silizium wobei sich jede Graphenschicht zwischen 2 Siliziumschichten befindet (Abb.1. Schematische Darstellung von Nanomaterialien). Die erste Schicht aus Graphen wird auf einen metallischen Träger, in der Regel Aluminium, aufgebracht. Die Anzahl der Graphen-Silizium-Schichten beträgt 12 bis 20, optimal 12 Schichten. Das Nanomaterial wird auf eine Seite der des metallischen Trägers aufgebracht, wodurch die Seite mit dem Nanomaterial zum Pluspol und die unbeschichtete Seite zum Minuspol wird. Eine solche Stromerzeugungsplatte mit einer Größe von 200300 mm hat unter normalen Bedingungen 20 °C eine Spannung von ca. 1,5 V und einen Strom von ca. 2 A.



EIN MECHANISMUS, MIT DEM SIE DIE ENERGIE DER UMGEBENDEN STRAHLUNGSFELDER IN ELEKTRISCHEN STROM UMWANDELN KÖNNEN



Graphen ist das einzige derzeit bekannte Material, das zu den 2D-Materialien gehört, aber nur in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, als 3D-Material, stabil existieren kann. Die Betrachtung der Graphenschichtdurch ein Mikroskop mit hoher Auflösung zeigt das Vorhandensein von wellenähnlichen Schwingungen auf der Meeresoberfläche (Abb.2. Schematische Darstellung der Graphenschwingung in Form von "Graphenwellen"). wenn benachbarte Bereiche zwischen konkaver und konvexer Krümmung wechseln. Je stärker der Einfluss von Energie und thermischen Feldern ist, desto stärker sind die Schwingungen der Graphenatomeund damit die Frequenz und Amplitude der Schwingungen von "Graphenwellen". Theoretische Studien liefern eine Erklärung dafür, dass die Quelle dieses Prozesses die Elektron-Phonon-Bindung ist, da sie die Steifigkeit der langwelligen Biegung unterdrückt und extraplanare Fluktuationen verstärkt.

Es ist das Vorhandensein von "Graphenwellen", die es ermöglichen, einen elektrischen Strom zu erzeugen, und die Amplitude und Frequenz der Schwingungen von "Graphenwellen" hängt von der Qualität der Graphenabscheidung ab. Sie sind mit einer Schicht Graphen maximal, aber wenn die Technologie der Graphenabscheidung verletzt wird und mehrere ihrer Schichten aufeinander aufgetragen werden, dann nehmen die Amplitude und Frequenz der Schwingungen der "Graphenwelle" ab. Die Erklärung dieser experimentellen Ergebnisse wurde unabhängig von der ETH-Professorin Vanessa Wood (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) und ihren Kollegen bestätigt, die zeigten, dass bei der Herstellung von Materialien, die kleiner als 10-20 Nanometer sind, also 5000-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. Diese atomaren Schwingungen oder "Phononen" sind dafür verantwortlich, wie elektrische Ladung und Wärme in Materialien übertragen werden (Abb.3. Schwingungen von Atomen in Materialien, "Phononen").



Daher ist die Einhaltung der Technologie der Graphenabscheidung eine technologische Schlüsselaufgabe, insbesondere bei Platten, die größer als 100 x 100 mm sind.



Graphen hat eine extrem hohe elektrische Stromdichte (eine Million Mal höher als die von Kupfer) und eine Rekordbeweglichkeit der Ladungsträger. In Graphen ist jedes Atom in einer zweidimensionalen Ebene an 3 andere Kohlenstoffatome gebunden, wobei ein Elektron in der dritten Dimension für die Elektronenleitfähigkeit frei verfügbar bleibt.



In einem Interview mit der Fachzeitschrift Research Frontiers erklärte Professor Thibado (University of Arkansas): "Dies ist der Schlüssel, um die Bewegung von 2D-Materialien als Quelle unerschöpflicher Energie zu nutzen. Tandemschwingungen verursachen Wellen in der Graphenschicht, wodurch es möglich ist, mit modernster Nanotechnologie Energie aus dem umgebenden Raum zu gewinnen."



Graphenfilme sind bemerkenswert stark und elastisch. Graphen hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, die in Kombination mit seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit den Durchgang eines elektrischen Stroms ermöglicht, der millionenfach höher ist als der maximal mögliche Strom in Kupferschichten. Bei erhöhten Temperaturen, entsprechend der Fermi-Dirac-Verteilung, geht ein Teil der Elektronen in das Leitungsband über, und es verbleiben "Löcher" im Valenzband. Dadurch wird die ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit von Graphen bei Raumtemperatur bestimmt. Leitungselektronen und "Löcher" in Graphen haben keine effektive Masse, d.h. sie können nicht stationär sein, sondern bewegen sich ständig mit der "Fermi-Geschwindigkeit", die bei Graphen etwa 106 m/s beträgt, also bereits relativistisch ist. Dies führt zu einer sehr hohen Beweglichkeit der Ladungsträger in Graphen, die mindestens zwei Größenordnungen höher ist als ihre Beweglichkeit in Silizium, und zu der "ballistischen" Natur ihrer Bewegung entlang der Schicht. Der freie Weg von Leitungselektronen und Löchern in Graphen bei Raumtemperatur beträgt mehr als 1 ?m.



Die harmonischen Schwingungen von "Graphenwellen", die sich in Resonanz verwandeln, sind in der Tat die Arbeit, die notwendig ist, um die thermische (Brownsche) Bewegung von Graphenatomen und die Energie der Teilchen der umgebenden Strahlungsfelder des unsichtbaren Spektrums, einschließlich der kinetischen Energie neutraler Neutrinoteilchen, in elektrischen Strom umzuwandeln. Wie bei den derzeit hergestellten elektrischen Generatoren, die in Kraftwerken installiert sind, den entwickelten Bedini-Stromerzeugungsschemata und anderen Schemata von Magnetmotoren zur brennstofffreien Stromerzeugung tritt in jeder Graphenschicht aufgrund der Wechselwirkung von magnetischen und elektrischen Feldern eine elektromotorische Kraft (EMK) auf. Der Hauptunterschied liegt jedoch darin, dass in der Neutrinovoltaik-Technologie der pulsierende Mechanismus der Wechselwirkung nicht durch die Rotation des Rotors mit einer Magnetspule entsteht, sondern durch den Prozess der Mikrovibration von Graphen im Nanomaterial, was ein weiteres physikalisches Prinzip des Auftretens von EMF ist. Die EMK, die in jeder Graphenschicht auftritt, bewirkt, dass Elektronen in eine Richtung fließen, d.h. es entsteht ein elektrischer Strom. Die Bewegung der Elektronen in eine Richtung wird erreicht, indem Schichtschichten jeder Schicht mit Legierungselementen aufgetragen werden, die einen p-n-Übergang erzeugen, der einen elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlässt, d.h. der Effekt einer Dünnschichtdiode tritt auf. Die Mehrschichtigkeit des Nanomaterials bietet eine Lösung für das Problem, die maximal mögliche elektrische Leistung aus einer Einheitsoberfläche zu gewinnen, da eine Schicht Graphen nicht genügend Energie für industrielle Anwendungen liefern kann.







EINFLUSS VON NEUTRINOS AUF DEN SCHWINGUNGSPROZESS DER "GRAPHENWELLE"



Im Jahr 2019 wurde veröffentlicht, dass Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die Masse von Neutrinos mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen konnten. Laut KIT sind Neutrinos mindestens 500.000 Mal leichter als ein Elektron; Die Masse der Teilchen beträgt etwa 1,1 Elektronenvolt.



Der Mechanismus der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie wurde in den Veröffentlichungen der COHERENT-Kollaboration am Oak Ridge National Laboratory (USA) aufgeklärt und beschrieben. Es ist erwiesen, dass niederenergetische Neutrinos an einer schwachen Wechselwirkung mit Argonkernen beteiligt sind. Dieser Prozess wird als kohärente elastische Neutrino-Kernstreuung (CEvNS) bezeichnet. Neutrinos "treffen" wie ein Tennisball auf eine Bowlingkugel und "treffen" auf den großen und schweren Kern eines Atoms und übertragen eine winzige Menge Energie auf ihn. Dadurch springt derKern fast unmerklich ab (Abb.4. Vereinfachtes Schema der kohärenten elastischen Neutrinostreuung).



Eine ähnliche Wechselwirkung von niederenergetischen Neutrinos findet bei der Wechselwirkung mit Graphen statt. Argon hat im Periodensystem der chemischen Elemente eine Seriennummer von 18 und ein Atomgewicht von 39,948, während Graphen (Kohlenstoff) eine Seriennummer von 6 und ein Atomgewicht von 12,011 hat. Dies deutet darauf hin, dass der Effekt von Neutrino-Einschlägen auf die Kerne von Graphenatomen stärker ausgeprägt sein wird als auf Argonkerne. Je größer die kinetische Energie von Neutrinos ist, desto größer ist der Effekt ihrer Wechselwirkung mit Graphenkernen. Das bedeutet, dass die Schwingungen seiner Atome stärker sind. Die Größe des Kerns eines Graphenatoms ist im Vergleich zur Größe des Graphenatoms selbst sehr klein, so dass nur ein kleiner Teil der Neutrinos mit Masse mit dem Kern eines Graphenatomswechselwirken und ihn zum Schwingen bringen kann. Wie Sie wissen, beträgt der Neutrinofluss durch 1 cm2 der Erdoberfläche in 1 Sekunde 60 Milliarden, so dass selbst ein Bruchteil eines Prozents eines solchen Neutrinoflusses zum Oszillationsprozess von "Graphenwellen" beiträgt, obwohl es derzeit nicht möglich ist, den Beitrag des Neutrinoeffekts zur Oszillation von Graphenatomen im Vergleich zu anderen Energiefeldern und thermischer (Brownscher) Bewegung abzuschätzen. Laut internationalen Wissenschaftlern renommierter Fakultäten ist dieser Prozess heute wissenschaftlich eindeutig bestätigt, daher wird die Technologie und deren Anwendungen als Neutrinovoltaik bezeichnet.



- Ein Beitrag von Alexander Faulkner

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Datum: 15.07.2023 - 15:02 Uhr
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