Ученые из Швейцарии обнаружили, что наноразмерные устройства могут, благодаря гидроэлектрическому эффекту, получать электричество от испарений жидкостей с более высокой концентрацией ионов, чем у воды высокой очистки. В большинстве жидкостных систем с раствором солей количество положительных и отрицательных ионов одинаковое, но через наноканалы могут двигаться только ионы с определенным зарядом. Другими словами, проходя через такие узкие каналы, жидкость будет вырабатывать ток и напряжение.

Испарение — такой естественный и повсеместно распространенный процесс, что его обычно не замечают. Примерно половина солнечной энергии, достигающей Земли, расходуется на изменение жидкого состояния вещества на газообразное. С 2017 года ученые ищут возможность использования потенциала испарения через «эффект гидровольтаики» — выработку электричества в процессе движения воды по заряженной поверхности наноустройства. Испарение создает постоянный поток внутри канальцев устройства, выполняющего роль крошечного насоса. То же самое происходит в капиллярах растений.

Пока ученые плохо понимают условия и физические явления, управляющие выработкой гидроэнергии на наноуровне. Этот пробел в знаниях попытались заполнить исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны. Они использовали сочетание экспериментов и моделирования для описания потоков жидкости, ионов и электростатических эффектов, возникающих в результате взаимодействия твердых и жидких веществ.

«Благодаря нашей новой, в высшей степени управляемой платформе мы впервые смогли оценить количественно гидроэлектрический феномен, уделив большое внимание различным межфазным взаимодействиям, — сказала Джулиа Тальябуэ, руководитель проекта. — Но в процессе мы также сделали крупное открытие: гидроэлектрические устройства могут работать в широком диапазоне солености. Это противоречит распространенному мнению о том, что для наилучшей производительности нужна самая чистая вода».

Созданное учеными устройство — первое в своем роде практическое применение метода наносферной коллоидной литографии, позволяющей создавать шестиугольную сеть точно расположенных кремниевых наностолбиков. Пространство между ними образует идеальные каналы для испарения жидкости, а его объем можно настраивать для жидкостей с разной концентрацией солей.

Практический потенциал своего открытия исследователи рассчитывают применить в утилизации отбросного тепла.