Кремний и вода: трение генерирует электричество

Европейские ученые разработали инновационный метод преобразования механической энергии в электричество, используя воду, заключенную в нанопористый кремний. Этот подход открывает новые возможности для создания автономных систем.

Исследовательская группа, включающая специалистов из Технического университета Гамбурга (TUHH) и Европейского центра синхротронного излучения DESY, продемонстрировала, что циклическое вхождение и вытеснение воды из гидрофобных нанопористых кремниевых монолитов способно генерировать измеримую электрическую мощность. Технология получила название Intrusion–Extrusion Triboelectric Nanogenerator (IE-TENG).

Принцип работы устройства основан на трибоэлектрическом эффекте, знакомом каждому по статическому электричеству, возникающему при трении. Давление заставляет воду многократно проходить через наноразмерные поры кремния. На границе раздела твердого тела и жидкости происходит перенос заряда, что и приводит к генерации электричества.

Эффективность преобразования энергии в разработанной системе достигает 9%, что является одним из самых высоких показателей для твердо-жидкостных наногенераторов. Профессор Патрик Хубер из TUHH и DESY подчеркивает, что даже чистая вода, будучи ограниченной в наномасштабе, способна к преобразованию энергии.

Доктор Луис Бартоломе из CIC energiGUNE отмечает, что комбинация нанопористого кремния и воды создает эффективный и воспроизводимый источник энергии, не требующий экзотических материалов. В основе технологии лежат один из самых распространенных полупроводников — кремний, и самая распространенная жидкость — вода.

Ключевым фактором успеха стало создание точно спроектированных кремниевых структур, обладающих одновременно проводимостью, нанопористостью и гидрофобностью. Эта архитектура позволяет контролировать движение воды в порах, обеспечивая стабильность и масштабируемость процесса энергопреобразования.

Разработанная технология открывает путь к созданию автономных и не требующих обслуживания сенсорных систем. Применение возможно в датчиках воды, системах мониторинга в носимой электронике для спорта и здравоохранения, а также в области тактильной робототехники, где движение или прикосновение непосредственно генерирует электрический сигнал.

Авторы исследования считают, что материалы, приводимые в действие водой, знаменуют начало нового поколения самодостаточных технологий.