What is the device and how does it generate electricity?

The device, called the Intrusion–Extrusion Triboelectric Nanogenerator (IE-TENG), converts the mechanical action of water forced under pressure into hydrophobic nanopores in a conductive silicon monolith into electrical energy. Charge transfer occurs at the solid–liquid interface as water enters and exits the pores, with frictional interactions producing a net electron transfer and an observable electrical output.

What efficiency is reported and how significant is it?

The reported energy conversion efficiency is about 9% for this solid–liquid configuration, among the highest values reported for similar nanogenerators. The researchers achieved this by engineering silicon monoliths with conductivity, defined nanoporous architecture, and a hydrophobic surface to control water motion inside the pores and stabilize the energy conversion process.

What materials and reproducibility aspects are emphasized?

The approach relies on abundant materials—silicon and water—rather than rare or exotic components, a point the researchers emphasize to highlight reproducibility and potential scalability. Achieving a material design that combines conductivity, nanoporous structure, and hydrophobicity was identified as a critical fabrication challenge that the team addressed in their process.

What potential applications are described in the study?

Potential applications include water-detection systems, wearable biometric sensors and smart garments, athletic performance monitors, as well as haptic robotics and touch-driven sensors. Because the device converts mechanical motion of liquid directly into an electrical signal, it may enable self-powered sensors in environments where conventional power sources are impractical.

Инженерные кремниевые нанопоры генерируют электричество при движении воды

Наука By James Lawson Ноя 14, 2025 08:19

Engineered Silicon Nanopores Generate Electricity from Water Movement

Исследователи представили трибоэлектрический наногенератор, который вырабатывает энергию из воды, проходящей через гидрофобные нанопоры в кремнии. Устройство достигает КПД около 9% и демонстрирует потенциал для создания масштабируемых воспроизводимых систем.

Исследователи из Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) и Гамбургского технического университета (TUHH) совместно с коллегами из CIC energiGUNE и Университета Феррары продемонстрировали трибоэлектрический наногенератор, который преобразует механическое воздействие воды, входящей в нанопоры и выходящей из них, в полезную электрическую энергию.

Принцип работы устройства

Устройство, описываемое как интрузионно-экструзионный трибоэлектрический наногенератор (IE-TENG), использует перенос заряда на границе раздела твердой и жидкой фаз. Когда вода под давлением нагнетается в гидрофобные нанопоры проводящего кремниевого монолита, а затем выталкивается из них, фрикционное взаимодействие на границе раздела приводит к чистому переносу электронов и генерации электрического тока. Исследователи сравнивают базовый эффект со знакомым возникновением статического электричества, например, при ходьбе по ковру с последующим получением легкого удара током при прикосновении к металлической дверной ручке.

Конструкция и характеристики

Команда разработчиков создала кремниевые монолиты, обладающие сочетанием проводимости, четко выраженной нанопористой архитектуры и гидрофобных свойств поверхности, что позволило контролировать движение воды внутри пор и стабилизировать процесс преобразования энергии. Заявленная эффективность преобразования энергии для этой конфигурации «твердое тело — жидкость» составляет около 9%, что, по словам авторов, является одним из самых высоких показателей, зафиксированных для подобных наногенераторов.

Материалы и воспроизводимость

Исследователи подчеркивают, что в данном подходе используются широко распространенные материалы — кремний и вода — вместо редких или экзотических компонентов, что, по их мнению, повышает воспроизводимость и поддерживает потенциал для масштабирования. Создание материала, который был бы одновременно проводящим, нанопористым и гидрофобным, было определено как критически важная задача, которую команда решила в процессе производства.

Потенциальные области применения

системы обнаружения воды
носимые биометрические датчики и «умная» одежда
мониторы спортивных показателей
тактильная робототехника и сенсорные датчики

Поскольку устройство напрямую преобразует механическое движение жидкости в электрический сигнал, оно может позволить создавать датчики с автономным питанием для условий, в которых использование традиционных источников энергии непрактично.

Публикация

Авторы

James Lawson

Investigative science and tech reporter focusing on AI, space industry and quantum breakthroughs

University College London (UCL) • United Kingdom

Readers Questions Answered

Что это за устройство и как оно вырабатывает электричество?

Устройство, получившее название интрузионно-экструзионный трибоэлектрический наногенератор (IE-TENG), преобразует механическое воздействие воды, под давлением нагнетаемой в гидрофобные нанопоры электропроводного кремниевого монолита, в электрическую энергию. Перенос заряда происходит на границе раздела твердой и жидкой фаз, когда вода входит в поры и выходит из них, при этом фрикционные взаимодействия вызывают чистый перенос электронов и наблюдаемый электрический выход.

Какая эффективность заявлена и насколько она значима?

Сообщается, что эффективность преобразования энергии для данной конфигурации «твердое тело — жидкость» составляет около 9%, что является одним из самых высоких показателей, зафиксированных для подобных наногенераторов. Исследователи достигли этого путем создания кремниевых монолитов с заданными свойствами проводимости, определенной нанопористой архитектурой и гидрофобной поверхностью для контроля движения воды внутри пор и стабилизации процесса преобразования энергии.

На каких аспектах материалов и воспроизводимости сделан акцент?

Подход основан на использовании доступных материалов — кремния и воды — а не редких или экзотических компонентов. Исследователи подчеркивают этот момент, чтобы выделить воспроизводимость и потенциальную масштабируемость технологии. Создание материала, сочетающего в себе проводимость, нанопористую структуру и гидрофобность, было названо критической задачей производства, которую команда успешно решила в ходе своей работы.

Какие потенциальные области применения описаны в исследовании?

Потенциальные области применения включают системы обнаружения воды, носимые биометрические датчики и «умную» одежду, мониторы спортивных показателей, а также тактильную робототехнику и сенсорные датчики. Поскольку устройство напрямую преобразует механическое движение жидкости в электрический сигнал, оно может стать основой для автономных датчиков в условиях, где использование традиционных источников питания непрактично.

Have a question about this article?

Questions are reviewed before publishing. We'll answer the best ones!

Comments

No comments yet. Be the first!