本發(fā)明受國際專利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-石墨烯的高級實(shí)驗”獲得諾貝爾物理學(xué)獎，為其在各個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了廣闊的領(lǐng)域。諾貝爾委員會表示，獲獎?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，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，在石墨烯中，費(fèi)米速度約為106米/秒，這是相對論的。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個數(shù)量級，以及它們沿薄膜運(yùn)動的“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.這是一個非常有意義的發(fā)現(xiàn)，在石墨烯有一個波浪，就像海面上的波浪，這是由于小的自發(fā)運(yùn)動的結(jié)合，并導(dǎo)致更大的自發(fā)運(yùn)動的出現(xiàn)。一個原子的熱位移(原子的布朗運(yùn)動)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》雜志采訪時說：“這是利用二維材料運(yùn)動作為不竭能源的關(guān)鍵。串聯(lián)振動在石墨烯板中產(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)驗結(jié)果得到了ETH(Eidgenössische Technische Hochschule，Zürich)教授Vanessa Wood及其同事的獨(dú)立驗證，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，納米顆粒表面外原子層的波動很大，對這種材料的行為方式起著重要作用。這些原子振動，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)獎授予了兩個研究中微子特性的實(shí)驗小組 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，橡樹嶺國家實(shí)驗室(美國)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國家19個研究所的80人，包括俄羅斯(以AI Alikhanov命名的ITEP(NC“庫爾恰托夫研究所”)、MEPHI大學(xué)和MIPT)。 2017 年的第一次實(shí)驗，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，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比與氬更明顯，導(dǎo)致石墨烯原子的振動幅度增加(石墨烯波)。因此上，可以認(rèn)為以每秒 600 億個粒子的強(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 Neutrinovoltaic 技術(shù)的獨(dú)立測試表明，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試測試完全排除了除中微子之外的任何輻射對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大方向上的運(yùn)動。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”，即電子云在一個方向上偏轉(zhuǎn)其運(yùn)動。 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，這項技術(shù)就無法在商業(yè)上得到應(yīng)用。這項技術(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，輻射開始了一個諧振過程，然后由一個電轉(zhuǎn)換器儲存下來。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)成了一個能量電池單元。當(dāng)多個電源單元的采用不同的組合連接方式時，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。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)立的房屋和電動汽車供電。