En grafenbaserad elektrisk nanoenhet har skapats som avsevärt skulle kunna öka energieffektiviteten hos fossilbränsledrivna bilar.

Nano-enheten, känd som en "ballistisk likriktare", kan omvandla värme som annars skulle slösas bort från bilens avgaser och motorkaross till en användbar elektrisk ström.

Delar av bilavgaser kan nå temperaturer på 600 grader Celsius. Den återvunna energin kan sedan användas för att driva ytterligare fordonsfunktioner som luftkonditionering och servostyrning, eller förvaras i bilbatteriet.

Nanolikriktaren byggdes av ett team vid University of Manchester ledd av professor Aimin Song och Dr. Ernie Hill, med ett team vid Shandong University. Enheten använder grafens fenomenalt höga elektronrörlighet, en egenskap som bestämmer hur snabbt en elektron kan färdas i ett material och hur snabbt elektroniska enheter kan fungera.

Den resulterande enheten är den mest känsliga rumstemperaturlikriktaren som någonsin tillverkats. Konventionella anordningar med liknande omvandlingseffektivitet kräver kryogent låga temperaturer.

Även dagens mest effektiva förbränningsmotorer kan bara omvandla cirka 70 % av energin som förbränns från fossila bränslen till den energi som krävs för att driva en bil. Resten av energin som skapas går ofta till spillo genom avgasvärme eller kylsystem.

Greg Auton, som utförde det mesta av experimentet sa:"Grafen har exceptionella egenskaper; det har den längsta medelfria vägen för alla elektroniska material vid rumstemperatur.

"Trots detta, inte ens de mest lovande tillämpningarna för att kommersialisera grafen inom elektronikindustrin drar fördel av denna egenskap. Istället försöker de ofta ta itu med problemet att grafen inte har något bandgap."

Professor Song som uppfann konceptet med den ballistiska likriktaren sa:"Arbetsprincipen för den ballistiska likriktaren innebär att den inte kräver något bandgap. Under tiden, den har en plan enhetsstruktur i ett lager som är perfekt för att dra fördel av den höga elektronrörligheten för att uppnå en extremt hög driftshastighet.

"Till skillnad från konventionella likriktare eller dioder, den ballistiska likriktaren har inte heller någon tröskelspänning, vilket gör den perfekt för energiskörd såväl som mikrovågs- ​​och infraröd detektering".

Grafen var världens första tvådimensionella material, isolerad 2004 vid University of Manchester, sedan dess har en hel familj av andra 2D-material upptäckts.

Fördelen med en grafenbaserad nanolikriktare är dess höga omvandlingseffektivitet från en växelström till en likström vid rumstemperatur, möjliggörs av den extremt höga elektronrörlighet som uppnås i detta arbete.

Den Manchester-baserade gruppen försöker nu skala upp forskningen genom att använda grafen i stor waferstorlek och utföra högfrekventa experiment. Den resulterande tekniken kan också användas för att skörda bortkastad värmeenergi i kraftverk.