Мельчайшие каналы, создаваемые на субстрате, всегда ассоциировались с «лабораториями на чипе». Однако, наноразмерная геометрия может использоваться и иначе – для выработки электричества.

Учёные из Нидерландов продемонстрировали эффективность преобразования энергии с КПД 3.25% при течении солевого раствора через канал 75 нм глубиной, 50 мкм шириной и 4.5 мм длиной.

В перспективе группа из Технологического Университета Дельфта рассчитывает добиться эффективности 10%. Исследователи считают, что этот метод может обеспечить микро- и нанофлюидные устройства «бортовыми» источниками энергии.

Метод электрокинетической генерации электроэнергии основан на разности давлений вдоль наноканала, прокачивающей водный раствор KCl или LiCl от одного конца к другому. Движение жидкости индуцирует ток, пропускаемый через внешнее сопротивление, совершая, таким образом, работу.

Рис. 1. Жидкостный наногенератор

Возле стенки канала, на поверхности раздела жидкость-субстрат, зарядовая нейтральность жидкости нарушается, что и делает возможной выработку электрической энергии. А поскольку наноразмерные каналы имеют высокое отношение поверхности к объёму, в них этот эффект особенно силён. Сама идея получения электроэнергии с помощью жидкости, текущей через узкий канал, не нова, но теперь достижения технологий изготовления нанообъектов позволяют создавать и испытывать реальные устройства.

Учёные наносили каналы непосредственно на поверхность плавленого кварца. Как оказалось, плотность поверхностного заряда этого материала практически оптимальна для таких экспериментов. Однако, дальнейшее повышение эффективности метода требует поисков материала или покрытия с такой же плотностью поверхностного заряда, но меньшей штерновской проводимостью – за счёт этого эффекта сам материал действует, как параллельно включённый проводник, через который идёт утечка электрической энергии.

Василий Артюхов