关于中微子能源集团的NeutrinoPowerCube®和Neutrinovoltaic来自德国的 Neutrino Energy Group 科学家团队发明了一种基于石墨烯的纳米金属材料，可以通过石墨烯原子的热布朗运动把周围不可见光谱、辐射场（包括中微子通量）的能量转化为电能。

一、前言导读

从2004年，Geim等人首次通过机械剥离法制得单层石墨烯，并发现了其特殊的电学、力学性质后，世界各地的众多科学家团体一直在研究石墨烯的特性，以期将其得到应用。由于其众多优异的力学、光学、电学以及微观量子性质，在新能源、化工、航空航天、电子、医疗以及军事装备等多个领域具有非常广泛的前景。

石墨烯的发展历程

二、纳米石墨烯的概述

目前为止，引入石墨烯材料的最重要应用领域之一是能源行业，它不仅包括应用于能源产生方法，还包括应用于储能系统，其在从传统能源向新型能源过渡中具有特殊意义。石墨烯是一种由碳原子组成的六角形呈蜂巢晶格的平面二维结构纳米材料，其C-C键长为0.141nm，理论密度约为0.77mg/m2，厚度仅为一个碳原子的直径大小。碳原子以sp2的方式参与杂化，电子可以在层与层之间顺利传导，故石墨烯导电性极好，是目前已知电阻率最小的材料，这也是石墨烯在电池发展前景广阔的原因之一。

石墨烯材料具有出色的导热性，其单层材料理论室温热传导率可达3000-5000W/（m*K）是良好的散热材料。其力学性质优异，是一种韧性和强度极好的材料，可用于开发研究新能源柔性电极材料。此外，石墨烯的高比表面积和高透光度也具有很高的研究价值。在可充电电池中使用石墨烯可使其比容量大幅增加，尤其在固态锂电池中发挥了重大作用（物理结构韧性高），从而使得电动汽车一次充电的行驶里程可以成倍增加，并且还可以让电池快速充电。

三、纳米石墨烯在中微子NeutrinoPowerCube®中的应用

然而，石墨烯自身更重要的作用是直接应用于发电的过程。目前许多国家的科学家都在集中开展这方面的研究工作。德国数学家霍尔格·托尔斯滕·舒巴特（Holger Thorsten Schubart）首次宣布了以石墨烯为基本元素制造电源的可能性，他在十多年前证明了石墨烯能够转换原子和周围场的热布朗运动，将不可见光谱辐射直接转化为电流。基于从实践经验中获得的知识和实验室测试的结果，他在 Neutrino Energy Group 的科学家们的参与下，发明了一种由石墨烯和掺杂硅、钯交替层沉积而成的发电多层纳米材料，把多种材料通过气相反应沉积到金属箔载体上。

石墨烯和掺杂硅、钯交替层沉积而成的多层纳米材料结构图

值得一提的是，与此同时，美国麻省理工学院（MIT）的科学家们正在广泛研究石墨烯。然而，与中微子能源集团的科学家们所取得的成果相比，他们的成就更为普通。麻省理工学院的一个团队，他们专注于研究将环境中的太赫兹波的能量转换为直流电的领域。这些被称为“T 射线”的高频辐射波几乎是由任何有记录温度的物体产生，包括我们自己的身体和我们周围的无生命物体。包括任何发送 Wi-Fi 信号的设备也会发射太赫兹波，即频率介于微波和红外光之间的电磁波。“我们被太赫兹范围内的电磁波所包围，”主要研究人员麻省理工学院材料研究实验室的博士后 Hiroki Isobe 说，“如果我们能够将这种能量转化为我们可以用于日常生活的能源，这将有助于解决我们目前面临的能源问题”。

与麻省理工学院不同，Neutrino Energy Group 的研究并不局限于任何一种影响石墨烯的因素，而是更为复杂的应用。它们依赖于石墨烯的特性——与其他材料相比，其原子的振动强度增加了。此外，石墨烯作为一种 2D 材料，只有表现得像 3D 材料才能稳定存在。这一性质与其晶格的特点有关，晶格是由六方晶胞组成的平面，即二维六方晶格。因此，石墨烯原子的振动会产生“石墨烯波”的出现，其频率和幅度取决于周围辐射场和热通量的影响。“石墨烯波”是可以在高分辨率电子显微镜中被观察到。

石墨烯原子振动--石墨烯波

Holger Thorsten Schubart 表示：“影响石墨烯原子振动频率和振幅的因素越多，基于我们研发生产的中微子光伏技术的电源就越稳定。石墨烯原子的振荡幅度受中微子、反中微子、电流源位置处存在的电磁场、温度和太赫兹波的影响。由于对石墨烯原子振动幅度的影响的多因素性质，目前很难以 100% 的准确度确定一个或另一个因素对输出功率的影响比例。我们确定的是已经对中微子粒子对该材料发电的贡献进行了完备的研究，为此，测试的 A-4 纸大小尺寸的能量板完全不受任何电磁的影响，除了中微子，这是通过将其放置在法拉第笼附近，深度超过 30 m 的混凝土中来实现的掩体。在这样的条件下，电测装置稳定地固定了2.5-3.0W的功率。”

Holger Thorsten Schubart，中微子能源集团CEO

美国橡树岭实验室发表的 COHERENT 实验结果揭示了中微子与物质相互作用的机制，证明低能中微子参与了与物质原子核的弱相互作用。从而验证了，中微子与石墨烯原子相互作用的类似模型，可以作为将中微子能量转换为直流电的方案的理论依据。

Neutrino Energy Group的NeutrinoPowerCube®发电的稳定性，不受天气条件、时间和季节变化的影响，与太阳能和风能发电相比具有无可置疑的优势。此外，将不同的单个发电板叠放，就像一摞书纸一样，确保了该电源的紧凑性，以及将它们直接放置在能源消耗的任意地方，包括在电器和设备中放置电源，这意味着无需连接集中式电源线。

四、总结与展望

目前，1立方米体积大小的材料组成的NeutrinoPowerCube®，在 23.7°C 的室温下将产生约 36 KW 的输出功率。可以将NeutrinoPowerCube®并联使用，以满足不同的用电需求。中微子光伏技术Neutrinovoltaic在不久的将来最重要的应用之一是汽车行业，特别是电动汽车。制造一种内置电流源的电动汽车为当前的问题提供了解决方案，即：无需为车辆充电而建立广泛的基础设施，无需增加额发电量来补偿电动汽车的充电功率，使用小型电池的可能性，减少了对稀缺昂贵材料的需求，也减少了回收废旧电池时对环境的负担。

Neutrino Energy Group 已与多个国家的多家大型制造公司签订了生产电源的许可协议。容量为 5-10 kWh 的 Neutrino Power Cubes 电源的首次工业生产将在瑞士开始。此外，还与印度公司 C-MET 签署了一项协议，以开发由超材料制成的电动汽车的 Pi 车身，该车身具有基于中微光伏技术的内置电流源。该项目的启动投资达25亿美元。

尽管对石墨烯特性的研究相对较短，但它已经显示出其作为替代能源需求的有前途的材料，为人类在放弃化石燃料的道路上开辟了新的机遇，并首次使用它的例子在实践中就是非常好的证明。

信息来源：公众号【国源智造】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。