Technischer Hintergrund der Neutrinovoltaik® Technologie:
Die Neutrinovoltaik®-Technologie nutzt ein mehrschichtiges Nanomaterial auf Graphenbasis zur Umwandlung der thermischen Bewegung von Graphenatomen und der Energie unsichtbarer Strahlung, einschließlich Neutrinos, in elektrischen Strom. Die Erfindung wurde 2013 patentiert (internationales Patent WO2016142056A1) und besteht aus abwechselnden Schichten von Graphen und dotiertem Silizium. Das Nanomaterial wird auf einen metallischen Träger, in der Regel Aluminium, aufgebracht. Eine Stromerzeugungsplatte mit einer Größe von 200×300 mm erzeugt unter normalen Bedingungen bei 20 °C eine Spannung von ca. 1,5 V und einen Strom von ca. 2 A.
Ein Mechanismus, mit dem Energie umgebender Strahlungsfelder in elektrischen Strom umgewandelt werden kann
Graphen, das einzige derzeit bekannte Material, das zu den 2D-Materialien gehört, kann nur als 3D-Material in einem dreidimensionalen Koordinatensystem stabil existieren. Bei der Betrachtung der Graphenschicht durch ein Mikroskop mit hoher Auflösung ist zu erkennen, dass wellenähnliche Schwingungen wie auf einer Meeresoberfläche auftreten, wenn benachbarte Bereiche zwischen konkaver und konvexer Krümmung wechseln (Abb. 2). Die Schwingungen der Graphenatome, auch bekannt als “Graphenwellen”, werden durch den Einfluss von Energie und thermischen Feldern verstärkt. Theoretische Studien zeigen, dass die Elektron-Phonon-Bindung die Quelle dieses Prozesses ist, da sie die Steifigkeit der langwelligen Biegung unterdrückt und extraplanare Fluktuationen verstärkt.
Das Vorhandensein von “Graphenwellen” ermöglicht die Erzeugung eines elektrischen Stroms, wobei die Amplitude und Frequenz der Schwingungen von “Graphenwellen” von der Qualität der Graphenabscheidung abhängen.
Die Amplitude und Frequenz der Schwingungen der “Graphenwelle” nehmen ab, wenn die Technologie der Graphenabscheidung verletzt wird und mehrere Schichten aufeinander aufgetragen werden. Diese experimentellen Ergebnisse wurden unabhängig von der ETH-Professorin Vanessa Wood (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich) und ihren Kollegen bestätigt. Sie 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 verantwortlich für den Transfer von elektrischer Ladung und Wärme in Materialien (Abbildung 3).
Die Einhaltung der Technologie der Graphenabscheidung ist daher eine wichtige Aufgabe, insbesondere bei Platten, die größer als 100 x 100 mm sind. Graphen hat eine extrem hohe elektrische Stromdichte, die eine Million Mal höher ist als die von Kupfer, und eine Rekordbeweglichkeit der Ladungsträger. Jedes Atom in Graphen ist in einer zweidimensionalen Ebene an 3 andere Kohlenstoffatome gebunden, wodurch ein Elektron in der dritten Dimension für die Elektronenleitfähigkeit frei bleibt.
Professor Thibado von der University of Arkansas erklärte in einem Interview mit der Fachzeitschrift Research Frontiers, dass dies der Schlüssel ist, um die Bewegung von 2D-Materialien als Energiequelle zu nutzen. Tandemschwingungen in der Graphenschicht ermöglichen es, mit modernster Nanotechnologie Energie aus dem umgebenden Raum zu gewinnen.
Graphenfilme sind stark und elastisch. Graphen hat eine 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 gehen Elektronen in das Leitungsband über und es bleiben “Löcher” im Valenzband. Die ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit von Graphen bei Raumtemperatur wird dadurch bestimmt. Leitungselektronen und “Löcher” in Graphen haben keine effektive Masse und bewegen sich ständig mit der “Fermi-Geschwindigkeit”, die bereits relativistisch ist. Dies führt zu einer sehr hohen Beweglichkeit der Ladungsträger in Graphen, die mindestens zwei Größenordnungen höher ist als in Silizium, und zu ihrer “ballistischen” Bewegung entlang der Schicht. Der freie Weg von Leitungselektronen und Löchern in Graphen bei Raumtemperatur beträgt mehr als 1 μm.
Die harmonischen Schwingungen von “Graphenwellen”, die sich in Resonanz verwandeln, sind tatsächlich 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.
In der Neutrinovoltaik®-Technologie tritt in jeder Graphenschicht aufgrund der Wechselwirkung von magnetischen und elektrischen Feldern eine elektromotorische Kraft (EMK) auf, ähnlich wie bei den derzeit hergestellten elektrischen Generatoren in Kraftwerken oder den entwickelten Bedini-Stromerzeugungsschemata und anderen Schemata von Magnetmotoren zur brennstofffreien Stromerzeugung. Der Hauptunterschied besteht 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 einen Fluss von Elektronen in eine Richtung, was bedeutet, dass ein elektrischer Strom entsteht. Dies wird erreicht, indem Schichtschichten jeder Schicht mit Legierungselementen aufgetragen werden, die einen p-n-Übergang erzeugen und somit einen elektrischen Strom nur in eine Richtung durchlassen, ähnlich dem Effekt einer Dünnschichtdiode. Die Mehrschichtigkeit des Nanomaterials bietet eine Lösung für das Problem, die maximale elektrische Leistung aus einer Einheitsoberfläche zu gewinnen, da eine einzelne Schicht Graphen nicht genügend Energie für industrielle Anwendungen liefern kann.
Einfluss von Neutrinos auf Schwingungsprozesse einer “Graphenwelle"
Im Jahr 2019 wurde veröffentlicht, dass Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die Masse von Neutrinos mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmen konnten. Neutrinos sind laut KIT mindestens 500.000 Mal leichter als ein Elektron, mit einer Masse von etwa 1,1 Elektronenvolt. Die Veröffentlichungen der COHERENT-Kollaboration am Oak Ridge National Laboratory (USA) klärten den Mechanismus der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie auf und beschrieben ihn.
Es wurde nachgewiesen, dass niederenergetische Neutrinos an einer schwachen Wechselwirkung mit Argonkernen beteiligt sind, die als kohärente elastische Neutrino-Kernstreuung (CEvNS) bezeichnet wird. Ähnlich wie ein Tennisball auf eine Bowlingkugel trifft, treffen Neutrinos auf den großen und schweren Kern eines Atoms und übertragen eine winzige Menge Energie auf ihn. Dadurch springt der Kern fast unmerklich ab. (Abb. 4)
Neutrinovoltaik & Neutrino® Power Cube
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