Một nhóm các nhà khoa học thuộc MIT đã phát hiện ra rằng nếu một xung chuyển động nhiệt di chuyển trong ống nano cacbon thì nó có thể tạo ra những luồng sóng năng lượng rất mạnh. Các sóng nhiệt lượng trên sẽ dẫn truyền electron thành dòng trông giống như những túi hàng hóa trôi dạt trên biển. Hiện tượng kì lạ này sẽ mở ra một kỉ nguyên mới trong lĩnh vực nghiên cứu năng lượng cũng như hướng tới một phương thức mới để sản xuất điện.
Các nhà khoa học đã phủ một lớp nhiên liệu phản ứng có khả năng tạo ra nhiệt khi phân giải lên các ống nano cacbon nhằm tăng tính dẫn điện và nhiệt. Nhiên liệu này sau đó được đốt cháy tại một đầu của ống nano bằng tia laser hoặc một tia lửa điện cao áp. Kết quả thu được là sự xuất hiện một sóng nhiệt di chuyển với tốc độ cao chạy dọc theo chiều dài của ống nano. Nhiệt từ nhiên liệu đốt cháy xâm nhập vào ống và chúng có tốc độ truyền dẫn nhanh gấp hàng nghìn lần so với trong môi trường nhiên liệu.
Khi nhiệt phản hồi trở lại lớp nhiên liệu phủ ngoài, sóng nhiệt được hình thành và chạy dọc theo ống. Với sức nóng lên tới 3000 độ Kelvin (2726.85 độ C), vành đai nhiệt này chuyển động nhanh gấp 10,000 lần so với tốc độ lan truyền của 1 phản ứng hóa học. Bắt nguồn bởi sự đốt cháy nhiên liệu, sóng nhiệt cũng kéo theo các electron tạo thành một dòng điện thực sự.
Giáo sư Michael Strano thuộc viện nghiên cứu kỹ thuật hóa học Charles & Hilda Roddey cùng các cộng sự, cho biết: "Sóng nhiệt thực ra đã được nghiên cứu hơn 100 năm qua." Nhưng ông là người đầu tiên dự đoán rằng loại sóng này có thể dẫn truyền qua ống nano hoặc dây nano cũng như có thể đẩy các dòng electron theo đường ống.
Các nhà khoa học đã phủ một lớp nhiên liệu phản ứng có khả năng tạo ra nhiệt khi phân giải lên các ống nano cacbon nhằm tăng tính dẫn điện và nhiệt. Nhiên liệu này sau đó được đốt cháy tại một đầu của ống nano bằng tia laser hoặc một tia lửa điện cao áp. Kết quả thu được là sự xuất hiện một sóng nhiệt di chuyển với tốc độ cao chạy dọc theo chiều dài của ống nano. Nhiệt từ nhiên liệu đốt cháy xâm nhập vào ống và chúng có tốc độ truyền dẫn nhanh gấp hàng nghìn lần so với trong môi trường nhiên liệu.
Khi nhiệt phản hồi trở lại lớp nhiên liệu phủ ngoài, sóng nhiệt được hình thành và chạy dọc theo ống. Với sức nóng lên tới 3000 độ Kelvin (2726.85 độ C), vành đai nhiệt này chuyển động nhanh gấp 10,000 lần so với tốc độ lan truyền của 1 phản ứng hóa học. Bắt nguồn bởi sự đốt cháy nhiên liệu, sóng nhiệt cũng kéo theo các electron tạo thành một dòng điện thực sự.
Giáo sư Michael Strano thuộc viện nghiên cứu kỹ thuật hóa học Charles & Hilda Roddey cùng các cộng sự, cho biết: "Sóng nhiệt thực ra đã được nghiên cứu hơn 100 năm qua." Nhưng ông là người đầu tiên dự đoán rằng loại sóng này có thể dẫn truyền qua ống nano hoặc dây nano cũng như có thể đẩy các dòng electron theo đường ống.
Qua những thí nghiệm ban đầu, Strano nói rằng, khi họ bọc các ống nano cacbon bằng lớp nhiên liệu để nghiên cứu phản ứng: "Thật kì lạ, chúng tôi đã thực sự ngạc nhiên bởi độ lớn của điện áp cực đại truyền dẫn trong ống." Sau một số phát triển, hệ thống đã có thể tạo ra năng lượng. Về mặt tỉ lệ đối trọng thì nguồn năng lượng này lớn hơn gấp 100 lần so với một pin li-ion có cùng khối lượng.
Theo Strano, tổng số năng lượng giải phóng đã lớn hơn rất nhiều lần so với tính toán. Trong khi rất nhiều vật liệu bán dẫn có thể tạo ra điện khi bị đốt nóng qua hiệu ứng nhiệt điện Seebeck (hiện tượng chuyển nhiệt năng trực tiếp thành điện năng và ngược lại), nhưng chúng lại tác động rất yếu trên vật liệu cacbon. "Đã có một thứ gì khác xảy ra ở đây," ông nói, "Chúng tôi gọi đó là sự cuốn hạt electron xảy ra khi một phần của dòng nhiệt sinh ra tỉ lệ với vận tốc truyền dẫn." Strano giải thích, sóng nhiệt xuất hiện để hút các hạt mang điện (bao gồm electron và lỗ trống) giống như một con sóng ngoài biển có thể góp nhặt và vận chuyển các mảnh vụn trên bề mặt. Đây là một tính năng quan trọng của hệ thống và cũng là yếu tố chính để tạo ra điện.
Vì đây là một phát hiện mới nên theo Strano, rất khó để dự đoán chính xác liệu ứng dụng thực tế nào có thể được áp dụng. Nhưng ông gợi ý, một ứng dụng khả thi dựa trên hiện tượng này là khả năng chế tạo các thiết bị điện tử siêu nhỏ. Vd: chúng ta có thể tạo nên những thiết bị với kích thước chỉ bằng một hạt gạo. Trong y học, các thiết bị này sẽ là các máy cảm biến, bộ xử lý được đưa vào cơ thể người. Hoặc chúng có thể là các bộ cảm biến môi trường với khả năng phân tán dễ dàng như bụi trong không khí.
Trên lý thuyết, những thiết bị này có thể duy trì năng lượng vô hạn chỉ đến khi chúng ta sử dụng. Không giống như pin, nếu bạn không sử dụng trong một thời gian thì năng lượng bên trong các viên pin sẽ bị rò rỉ dần dần. Bên cạnh đó, bản thân các ống nano rất nhỏ, nên Strano cho rằng điện có thể được tao ra trong một chuỗi các ống như thế nhằm cung cấp nguồn năng lượng lớn hơn cho các thiết bị lớn hơn.
Các nhà nghiên cứu cũng dự định theo đuổi các phương diện lý thuyết của họ: sử dụng những loại vật liệu phản ứng khác nhau để phủ lên các ống nano làm dao động hướng sóng để tạo ra những dòng electron xen kẽ nhau. Điều này sẽ mở ra rất nhiều khả năng bởi các dòng electron xen kẽ là yếu tố cơ bản của những loại sóng điện từ điển hình là sóng điện thoại. Nhưng hiện tại, tất cả hệ thống lưu trữ năng lượng đều tạo ra dòng electron thẳng. Qua đó, Strano khẳng định: "Học thuyết của chúng tôi đã dự đoán được các dao động này trước khi chúng tôi bắt đầu quan sát chúng." Hơn nữa, hiện tại những phiên bản của hệ thống lưu trữ năng lượng đều có hiệu suất thấp, một số lượng lớn năng lượng bị phung phí do chuyển đổi thành dạng nhiệt hoặc ánh sáng. Vì vậy, các nhà khoa học cũng lên kế hoạch nghiên cứu để cải thiện vấn đề này.
Video ghi lại quá trình thí nghiệm của nhóm nghiên cứu trên ống nano cacbon:
Nguồn: Gizmag
