Европейская исследовательская группа, в которую вошли учёные DESY и Технического университета Гамбурга, продемонстрировала необычное энергетическое устройство — трибоэлектрический наногенератор, вырабатывающий электричество за счёт прокачивания воды через нанопористый кремний. Разработка открывает путь к сенсорам и маломощной электронике, которые смогут работать без батарей, получая энергию из окружающей среды.
Учёные поставили перед собой простой, почти интуитивный вопрос: можно ли «подружить» обычные материалы — кремний и воду — так, чтобы механическое давление и движение жидкости превращались в стабильный электрический сигнал, а не пропадали впустую? Ответ оказался положительным.
В основе устройства — наноструктурированный кремний, по которому вода протекает через поры размером в несколько нанометров. Именно это движение порождает электрический заряд — явление известно как трибоэлектрификация. По сути, это тот же физический эффект, который заставляет человека искрить, если он прошёл по ковру и коснулся дверной ручки. Только здесь вместо подошвы и ковра взаимодействуют вода и кремний.
Как работает технология
Ключевое достижение команды — создание кремниевой структуры, сочетающей сразу три свойства:
- электропроводность,
- нанопористость,
- гидрофобность, то есть способность отталкивать воду.
Сделать кремний проводящим — несложно. Но объединить его с управляемой нанопористой архитектурой и водоотталкивающей поверхностью в одном материале — серьёзный технологический прорыв.
Благодаря этой комбинации учёные могут контролировать, как вода входит в поры, движется по ним и выходит наружу. Это делает трибоэлектрический эффект не только стабильным, но и масштабируемым — больше никаких хрупких лабораторных прототипов, работающих «раз через три».
Когда вода под давлением проходит через поры, её молекулы буквально трутся о стенки кремния, оставляя заряд на границе жидкость–твёрдое тело. Архитектура устройства собирает этот заряд, превращая его в полезную электроэнергию.
Один из самых впечатляющих результатов проекта — коэффициент преобразования энергии около 9%, рекордный для подобных трибоэлектрических систем. Для области, где эффективность традиционно «плавает» и редко радует, это серьёзный шаг вперёд.
Проще говоря, заметная часть механической энергии, затраченной на прокачку воды, превращается в электричество. Такой уровень производительности уже позволяет задумываться о практических применениях, а не только об экспериментах в лаборатории.
Зачем это нужно?
Исследователи видят технологию как основу для автономных сенсорных систем, способных питаться от движения или давления в окружающей среде. Примеры применения включают:
- датчики влажности,
- умные ткани для спорта и медицины,
- мягкую робототехнику и тактильные интерфейсы,
- мониторинг вибраций и нагрузки.
Причём сами сенсоры можно встраивать прямо в поверхности или механизмы, которые и так двигаются.
Один из ярких кейсов — подвеска автомобиля. Внутри колёсной ниши уже присутствуют постоянные вибрации и колебания давления. Встроенный кремний-водяной модуль мог бы использовать эти движения, периодически проталкивая воду через нанопоры и вырабатывая энергию для локальных датчиков, которые следят за износом, безопасностью или работой амортизаторов. Никаких батарей и лишнего обслуживания.
Технология опирается не на экзотику, а на доступные, понятные материалы: самый распространённый полупроводник — кремний — и обычную воду. Это снижает стоимость и значительно повышает вероятность масштабного внедрения.
Новый трибоэлектрический наногенератор — не просто научное любопытство. Это шаг к будущему, где вещи не требуют батареек, а сами собирают энергию из окружающей среды. И если раньше подобное звучало как футуристическая фантазия, то теперь это всё больше напоминает практичную инженерную реальность.
