Su Tahrikli Triboelektrik Nanogeneratörler Açıklaması

Daha yüksek enerji güvenliği, maliyet tasarrufu ve çevresel kaygılar ihtiyacıyla yönlendirilen, sürdürülebilir enerji çözümlerine olan talep önemli ölçüde artmaktadır.

Bu durum, araştırmacıların ortam mekanik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren enerji toplama teknolojileri geliştirmesine yol açtı. Bu teknolojiler, enerji üretimi, ulaşım ve elektronik gibi uygulamalarda kritik bir rol oynama potansiyeline sahiptir.

Bu teknolojiler arasında, triboelektrik nanogeneratörler (TENG’ler), hareket ve titreşim gibi çevremizden gelen mekanik enerjiyi kullanmanın vaat eden bir yolu olarak ortaya çıkmıştır.

Sonuç olarak, birçok araştırmacı enerji çıktısını, dayanıklılığı ve gerçek dünya kullanımına ölçeklenebilirliği artırmak için yeni malzemeler, tasarımlar ve mekanizmalar araştırmaktadır.

Bu yılın başlarında, Alabama Üniversitesi araştırmacıları bu cihazları elektrik üretmek için kullandıklarını gösterdi. Buradaki anahtar, genellikle TENG’lerde kullanılan pahalı, özel olarak üretilmiş malzemeler yerine ucuz, marketten temin edilebilen dayanıklı bant, plastik ve alüminyum kullanılmasıydı.

Bu geliştirilmiş TENG versiyonu¹, bandın basınca duyarlı akrilik yapıştırıcı tabakası ile polipropilen arka yüzeyi arasındaki etkileşimi kullanarak 53 milivatta kadar güç üretir. TENG, iki katmanı sürekli temas ettirip ayıran bir titreşim plakası üzerine yerleştirildi ve böylece elektrik üretti.

350’den fazla LED ışığı ve bir lazer işaretçiyi aydınlatacak kadar güç üretmenin yanı sıra, cihaz bir akustik sensör ve kendi kendine çalışan bir giyilebilir cihazda da entegre edildi.

Başka bir çalışmada, uluslararası bir araştırmacı ekibi, bir yüzeye yakın yerleştirilen küçük plastik boncukları kullanarak elektrik üretti; bu boncuklar aynı boncukları içeren başka bir yüzeye temas ettirildiğinde, normalden daha fazla elektrik üretildi.

Boncukların boyutu ve malzemesinin önemi burada ortaya çıktı; VUB’den baş yazar Dr. Ignaas Jimidar, “malzeme seçimindeki küçük değişiklikler enerji üretim verimliliğinde önemli iyileşmelere yol açabilir,” diyor ve bu da TENG’lerin geleneksel enerji kaynaklarına bağımlı olmadan günlük yaşamda yeni olasılıklar yaratmasını sağlıyor.

Bu bulgular ve ilerlemeler, araştırmacıların TENG teknolojisinin dönüştürücü uygulamaları için yolu açtığını gösteriyor.

Çalışan bir TENG’i ilk gösteren Zhong Lin Wang’a göre, triboelektrik nanogeneratörler enerji demokratikleşmesine doğru itişte kritik olabilir.

“Günlük fiziksel hareketleri kullanarak, elektronik cihazların kendi kendine güç almasını sağlar ve merkezi şebekelere bağımlılığı ortadan kaldırır. Bu ‘ortam enerjisi toplama’ sürdürülebilirlik, kişiselleştirilmiş sağlık hizmetleri ve Nesnelerin İnterneti gibi küresel eğilimlerle yakından örtüşür,” diyor Wang bir röportajda.³ “TENG’ler zaten düşük güçlü, dağıtık algılamalar için uygulanabilir, ancak gerçek yıkıcı etkileri gelecekteki büyük ölçekli enerji toplama ve insan-makine sinerjisinde yatıyor.”

Triboelektrik Nanogeneratörlerin (TENG’ler) Hareketi Elektriğe Nasıl Dönüştürdüğü

Triboelektrik nanogeneratörler üzerindeki araştırmalar hızlanmaya devam ederken, son gelişmeler bu cihazların topladığı enerjinin kapsamını, ince titreşimler ve vücut hareketlerinden rüzgar, damlacık ve akışkan akışı gibi çevresel güçlere kadar genişletti.

Peki, bu triboelektrik nanogeneratörler (TENG’ler) nasıl çalışıyor? Mekanik enerjiyi temas elektrofizikası ve elektrostatik indüksiyon yoluyla elektrik enerjisine dönüştürürler.

Temas elektrofizikası, iki yüzey temas ettiğinde gerçekleşen ve birinin pozitif, diğerinin negatif yüklendiği bir yük transferini içerir. Öte yandan elektrostatik indüksiyon ya da elektrostatik etki, doğrudan temas olmadan elektrik yükünün yeniden dağıtılmasıdır.

TENG’lerin harika yönü, yüksek anlık güç yoğunluğu, geniş malzeme uyumluluğu ve ölçeklenebilirliğidir. Güç kaynakları, mavi enerji ve kendi kendine çalışan sensörler gibi uygulamalarıyla bu cihazlar giyilebilir elektronik, kendi kendine çalışan sensörler ve büyük ölçekli enerji ağlarına başarıyla entegre edilmiştir.

Elbette, mevcut güç sistemleriyle entegrasyon, uzun vadeli stabilite ve yük transferi ve dönüşüm verimliliği konularında hâlâ zorluklar bulunmaktadır.

Aslında, kullanılmayan veya israf edilen enerjiyi etkili bir şekilde toplamak, kullanmak ve dönüştürmek için farklı TENG stratejileri vardır. Umut vaat eden bir strateji, katı‑sıvı TENG’dir; geleneksel katı‑katı TENG’lerin aksine, basit, maliyet‑etkin bir tasarım, geliştirilmiş yük transfer verimliliği, kendini iyileştirme yeteneği, uzun vadeli dayanıklılık ve dinamik ortamlara uyum sağlama özellikleri sunar.

Araştırmalar ayrıca, hidrofobik yüzeyler veya iyonik çözeltiler gibi malzeme ve/veya sıvıların değiştirilmesinin triboelektrik çıktıyı artırabileceğini ve su ve biyomedikal ortamlarında yeni enerji toplama yolları açabileceğini göstermiştir.

Bu yılın başlarında, bir araştırmacı ekibi sıvı‑katı TENG’i kullanarak okyanus dalgalarından “mavi enerji” yakalamayı gösterdi⁴, düşük enerji çıktısı sorununu aşmaya odaklandı. Bunu, enerji toplayıcı elektrodun konumunu optimize ederek başardılar.

16 inçlik şeffaf bir plastik tüp kullanarak, bir ucunda bakır folyo elektrot bulunan bir TENG oluşturdular. Tüp, uzunluğunun çeyreği kadar suyla dolduruldu ve uçları kapatıldı; elektrot bir tel aracılığıyla dış devreye bağlandı. Cihaz daha sonra bir tezgah sallayıcısına yerleştirildi; bu, içindeki suyu ileri geri hareket ettirerek elektrik akımları üretti.

Bu optimize edilmiş tasarım, enerji dönüşümünü 2,4 kat artırdı ve 35 LED’in yanıp sönmesini sağladı.

Birkaç yıl önceki başka bir deneyde, araştırmacılar kıyı şeridinde bataryalara bağımlılığı azaltma potansiyelini göstermek için deniz yosunu benzeri bir TENG yarattılar⁵.

Yaptıkları, iki farklı polimerden 1,5 inç x 3 inç şeritleri iletken mürekkeple kaplamak, aralarına ince bir sünger yerleştirerek ince bir hava boşluğu oluşturmak ve tüm birimi mühürleyerek bir TENG üretmekti. Cihaz su içinde yukarı‑aşağı hareket ettiğinde, şeritler ileri‑geri bükülerek elektrik üretti.

TENG suya daldırıldığında, kıyı bölgelerindeki su altı basınçlarında hava boşluğu azalsa da, 100 kPa’da hâlâ akım üretti. Ayrıca bir dalga tankı kullanarak birden fazla TENG’in mini su altı güç istasyonu olarak kullanılabileceğini, 30 LED veya minik bir deniz feneri LED sinyalini besleyebileceğini gösterdiler.

Swipe to scroll →

Su, Nanoporlu Silikon ve Basınç Kullanarak TENG Enerji Toplama

Şimdi, bir Avrupa araştırmacı ekibi sıvı‑katı TENG’lerin belirli bir uygulamasına yöneldi: Intrüzyon‑Ekstrüzyon Triboelektrik Nanogeneratörleri (IE‑TENG’ler).

Bu sistem, su ve bir polietilenimin (PEI) çözeltisi gibi ıslanmaz sıvılar ile nanoporlu silikon monolitleri kullanır.

Malzemelerin hidrofobik nanoporlu mimarisinden yararlanarak, sıvının sınırlı boşluklara kontrollü giriş ve çıkışıyla elektrik üretir; bu, yük birikimi ve yeniden dağılımına yol açar ve akım ve voltaj dalgalanmaları oluşturarak enerji dönüşümünde kullanılabilir.

IE‑TENG’lerin büyük bir avantajı, geleneksel TENG’lerin sınırlı temas alanı sorununu aşabilmesidir. Yüzlerce ila binlerce metrekare/gram yüzey alanına sahip nanoporlu malzemelerin kullanımı, IE‑TENG’lerin alan‑spesifik enerji yoğunluğunu ve cihazların genel performansını önemli ölçüde artırmasını sağlar.

Nanoporlu silikon monolitler ise tıp, optik, elektronik ve mekanik alanlarda yaygın olarak araştırıldığı için kullanıldı. Araştırmacılara çeşitli avantajlar sağladı.

Bu, intrüzyon‑ekstrüzyon sürecinde yük transferi ve toplamasını artıran, yani iletken, doplanmış gözenekli silikonu içerir; böylece elektrik çıkış verimliliği iyileşir. Nanoporlu silikon monolitler ayrıca hidrofobik yüzeylere dönüştürülebilir; bu da intrüzyon‑ekstrüzyon tabanlı enerji üretimi için gereklidir.

Çalışma, gözenekli silikon monolitlerin bir sonraki nesil IE‑TENG’ler için umut vaat eden adaylar olduğunu buldu; anlık güç yoğunluğunda üç mertebe, intrüzyon‑ekstrüzyon döngüsü başına enerji içinde iki mertebe artış sağladı.

Araştırmacılar, gözenekli silikon monolitlerin, giyilebilir elektronik ve endüstriyel enerji geri kazanım uygulamalarında “yüksek performanslı, kendi kendine sürdürülebilir enerji toplama sistemleri” için uygulanabilir bir alternatif sunabileceğine inanıyor.

Avrupa bilim insanları ekibi tarafından geliştirilen mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürmenin yeni yolu, çalışma sıvısı olarak silikon gözeneklerinde hapsolmuş suyu kullanıyor.

“Hidrofobik nanoporlu silikon monolitlerde ıslanmaz sıvıların intrüzyon‑ekstrüzyon sırasında triboelektrifikasyonu” adlı çalışmada, suya dayanıklı nanoporlu silikon monolitlerde suyun döngüsel intrüzyon ve ekstrüzyonunun ölçülebilir elektrik gücü üretebildiğini gösterdiler.

Yeni sistem IE‑TENG, Hamburg Teknoloji Üniversitesi (TUHH) ve DESY (Alman Elektron Senkrotronu), Ferrara Üniversitesi (İtalya), CIC energiGUNE (İspanya), Riga Teknik Üniversitesi (Letonya) ve Katowice Silezya Üniversitesi (Polonya) iş birliğiyle geliştirilmiştir. Sistem, suyu nanometre ölçeğindeki gözeneklere zorlamak için basınç kullanır.

Bu süreçte, katı ve sıvı arasındaki arayüzde bir yük oluşur. İlginç bir şekilde, bu, günlük hayatta sıkça gördüğümüz sürtünme elektriği türüdür; örneğin su geçirmez PVC halı üzerinde ayakkabıyla yürümek gibi.

Bu, triboelektrik etkisiyle oluşan statik elektriğin yaygın bir örneğidir. Başka bir örnek ise bir kapı koluna dokunup küçük bir elektrik çarpması almaktır. Vücudunuzdaki elektrik yükünün bir metal kol gibi bir iletkenden hızlıca boşalmasıdır.

Yeni geliştirilen sistem, enerji dönüşüm verimliliğini %9’a kadar yükseltmiştir.

“Saf su, nanoskopik ölçekte hapsedildiğinde bile enerji dönüşümünü mümkün kılabilir,” dedi Prof. Patrick Huber, TUHH ve DESY’deki BlueMat™ Water-Driven Materials Excellence Cluster’ın sözcüsü, doğayla ilham alan, sürdürülebilir malzemeler geliştirmeyi amaçlayan bir grup.

Birkaç ay önce, Küme, 2033 yılına kadar sürecek şekilde, 70 million €’ya kadar araştırma fonu aldı.

Monolitik nanoporlu çerçeveyi kullanarak triboelektrik enerji toplama yaklaşımları, sınırlı katı‑sıvı arayüzlerde temas elektrofizikasını artırmak için alternatif bir yol sunar.

Çalışmalarında araştırmacılar, sadece basınç ve suyun yarattığı sürtünme yoluyla silikon gözeneklerinde elektrik ürettiler.

Nanoporlu silikonu suyla birleştirmek, nadir malzemeler kullanmadan — sadece dünyadaki en bol bulunan yarı iletken olan silikonu ve en bol bulunan sıvı olan suyu kullanarak — verimli, tekrarlanabilir bir güç kaynağı sağlar.

– Dr. Luis Bartolomé, CIC energiGUNE

Buradaki malzemenin tasarımı kilit oldu; çünkü elektrik transferine izin veren, nanometre ölçeğinde gözenekleri olan ve suyu iten bir şey gerekiyordu.

“Kritik bir adım, aynı anda iletken, nanoporlu ve hidrofobik olan tam olarak tasarlanmış silikon yapıların geliştirilmesiydi,” diye açıklayan Dr. Manuel Brinker, Hamburg Teknoloji Üniversitesi. Bu mimari, suyun gözenekler içinde hareketini kontrol etmelerini sağladı ve böylece enerji dönüşüm sürecini hem istikrarlı hem de ölçeklenebilir hâle getirdi.

Araştırmacıların monolitik silikon yapıları, gevşek gözenekli toz tabanlı IE‑TENG’ler yerine kullanması, daha verimli ve tekrarlanabilir enerji toplama sağladı. Ayrıca anlık güç yoğunluğunda ve döngü başına enerji miktarında önemli iyileşmeler elde ettiler.

Ekip, gözenek boyutu ve toplam gözenek hacmini, triboelektrik performansı yöneten iki ana faktör olarak belirledi; bu yapısal özelliklerin optimize edilmesinin önemini vurguladı.

Ek olarak, analizleri daha yüksek sıkıştırma oranlarının elektrik gücü üretimini artırdığını, sıvı ortam seçiminin ise triboelektrik verimliliği önemli ölçüde iyileştirdiğini gösterdi. Özellikle %0,1’lik bir polietilenimin (PEI) çözeltisinin kullanılması, ekip tarafından katı‑sıvı TENG’ler için bildirilen en yüksek enerji dönüşüm verimliliği (%9) elde edilmesini sağladı.

Bu bulgularla ekip, katı‑sıvı triboelektrik enerji toplamanın daha da optimize edilmesi için sağlam bir temel sağlamayı hedefliyor. Araştırmacıların belirttiği gibi, gelecekteki araştırmaların odak noktası sıvı seçimi, gözenek mimarilerinin özelleştirilmesi ve silikon monolitlerin yüzey modifikasyonları olmalı.

Bu teknoloji, kendi kendine çalışan algılama sistemleri, giyilebilir elektronik ve çevresel enerji toplama uygulamaları için yolu açıyor.

Bilim insanlarına göre, bu “özerk, bakım gerektirmeyen sensör sistemleri” yolunu açıyor.

Dolayısıyla, teknoloji akıllı giysilerde su tespiti ve sağlık izleme için uygulanabilir. Ayrıca, hareketin doğrudan elektrik sinyali ürettiği haptik robotikte de kullanılabilir. Bunun yanı sıra, araç süspansiyonları gibi yüksek mekanik basınç gerektiren uygulamalara da çok uygundur.

“Su tahrikli malzemeler, yeni nesil kendi kendine sürdürülebilir teknolojilerin başlangıcını işaret ediyor,” diye belirtti ortak yazarlar Prof. Simone Meloni (Ferrara Üniversitesi) ve Dr. Yaroslav Grosu (CIC energiGUNE).

Kısa bir süre önce de ele aldığımız gibi, bu ‘doğa‑entegrasyonlu’ tasarım yaklaşımı, suyun elektriksel ve yapısal özelliklerinden yararlanan yeni bir su‑entegrasyonlu yüzen DEG (W‑DEG) geliştirmek için de benimsendi. ‘Serbest su’yu yapı malzemesi olarak kullanmak, W‑DEG’nin çok daha düşük ağırlık ve malzeme maliyetine sahip olmasını ve kara dışı uygulamalarda yüksek potansiyel sunmasını sağladı; ayrıca değişen çalışma koşullarında olağanüstü ölçeklenebilirlik ve dayanıklılık gösterdi.

Enerji Toplayan Yarı İletkenlere Yatırım: TXN Örneği

Bu belirli silikon monolitler şu anda araştırma aşamasında olsa da, düşük güçlü enerji yönetimi trendinden faydalanmak isteyen yatırımcılar, Texas Instruments Incorporated (TXN ) gibi düşük güçlü mikrodenetleyiciler, güç yönetimi entegre devreleri ve analog/karma sinyal çözümleri sağlayan yerleşik yarı iletken pazarına bakmalıdır.

Küresel yarı iletken şirket, otomotiv, kurumsal sistemler, kişisel elektronik, iletişim ekipmanları ve endüstriyel uygulamalar için analog ve gömülü işlemci çipleri tasarlar ve üretir.

Portföyü, güç anahtarları, AC/DC ve izole DC/DC anahtarlamalı regülatörler, DC/DC anahtarlamalı regülatörler, voltaj referansları, batarya yönetim çözümleri ve diğerleri dahil olmak üzere farklı voltaj seviyelerindeki güç gereksinimlerini yönetmek üzere tasarlanmıştır.

Texas Instruments sağlıklı bir finansal konuma sahiptir. 2025’in üçüncü çeyreği için şirket, %7 sekansiyel ve %14 yıllık artışla 4,74 milyar dolar gelir bildirdi; tüm son pazarlar boyunca büyüme sağlandı. Analog geliri %16 yıllık, gömülü işlem %9 ve “diğer” segment %11 arttı.

Karlılık açısından, TI çeyrek için 1,36 milyar dolar net gelir ve hisse başına 1,48 dolar seyreltilmiş kazanç elde etti. Son 12 ayda operasyonlardan nakit akışı 6,9 milyar dolar, serbest nakit akışı ise 2,4 milyar dolar oldu; bu, şirketin büyük sermaye harcamalarını ve hissedar geri dönüşlerini finanse etme yeteneğini, aynı zamanda Ar‑G’ye yatırım yapmaya devam ettiğini gösteriyor.

“Son 12 ayda 6,9 milyar dolar operasyon nakit akışımız, iş modelimizin gücünü, ürün portföyümüzün kalitesini ve 300 mm üretimin faydasını bir kez daha vurguladı.”

– CEO Haviv Ilan

2025’in üçüncü çeyreğinde, TI yaklaşık 1,2 milyar dolar temettü ödedi ve kendi hisselerinin yaklaşık 119 milyon dolarını geri satın aldı; bu, son 12 ayda hissedarlara 6,6 milyar dolar geri dönüşe katkı sağladı. Eylül ayında şirket, hisse başına 1,42 dolar olacak şekilde %4 temettü artışı duyurdu; bu, 22 yıl üst üste temettü artışı anlamına geliyor.

Kasım 2025 sonu itibarıyla, TXN hisse fiyatı yaklaşık 160 dolar ortalamalarında işlem görmekte ve Temmuz 2025’teki 221,69 dolarlık 52 haftalık zirvesinin %25‑30 altında. Hisse bu zirvelerden geri çekilmiş ve geçen yıl negatif getiri sağlamış olsa da, artan analog satışları, %3’ün üzerindeki temettü getirisi ve uzun vadeli hisse geri alımları, gelir odaklı yatırımcıları çekmeye devam ediyor.

En Son Texas Instruments Incorporated (TXN) Hisse Haberleri

Sonuç: TENG’ler Temiz Enerjinin Geleceğinde Nerede Yer Alıyor

Enerji toplama dünyasında, TENG’ler mekanik enerjiyi elektriğe dönüştürmenin düşük maliyetli, verimli ve sürdürülebilir bir yolunu sunar. Sadece günlük mekanik etkileşimleri değil, aynı zamanda akışkan akışı ve basınç dalgalanmalarını da kullanılabilir elektriğe dönüştürerek, bu teknolojiler esnek giyilebilir cihazlar, kendi kendine çalışan sensörler, deniz ortamı enerji sistemleri ve daha fazlasını vaat ediyor.

TENG’lerin gerçek dünya benimsenmesi şu anda sınırlı olsa da, malzeme mimarilerini iyileştirmek, verimliliği artırmak ve TENG’leri mevcut güç sistemleriyle entegre etmek için devam eden araştırmalar, bu cihazların daha geniş ticari dağıtım için uygun hale gelmesini sağlayabilir.

Nanoteknoloji geliştirmesinde öncü şirketlerin listesi için buraya tıklayın.

Referanslar

1. Jang, M.-H.; Rabbitte, S. P.; Frendi, A.; Conners, R. T.; Lei, Y.; Wang, G. “Geniş Bant Genişliği Yüksek Güçlü Triboelektrik Enerji Toplama Scotch Tape ile.” ACS Omega 10, no. 3 (2025): 2778–2789. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c08590
2. Jimidar, I. S. M., Mālnieks, K., Sotthewes, K., Sherrell, P. C., & Šutka, A. “TENG’lerde Granüler Arayüzler: Enerji Toplayıcılar için Yakın Paketlenmiş Polimer Boncuk Monolayer’larının Rolü.” Small 21, no. 9 (2025): Article 2410155. https://doi.org/10.1002/smll.202410155
3. Wang, Z. L. “Zhong Lin Wang ile TENG’lerin Geleceği.” Communications Materials 6 (2025): Article 125. https://doi.org/10.1038/s43246-025-00847-7
4. Zhang, H.; Dai, G.; Luo, Y.; Zheng, T. “Tüp Sıvı‑Katı Triboelektrik Nanogeneratöründe Uzay Hacmi Etkisi ve Çıktı Performansının Artırılması.” ACS Energy Letters 9, no. 4 (2024): 1431–1439. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00072
5. Wang, Y.; Liu, X.; Wang, Y.; Wang, H.; Wang, H.; Zhang, S. L.; Zhao, T.; Xu, M.; Wang, Z.-L. “Esnek Deniz Yosunu Benzeri Triboelektrik Nanogeneratör, Dalga Enerjisi Toplayıcı ve Deniz Nesnelerin İnterneti’ni Güçlendiren.” ACS Nano 15, no. 10 (2021): 15700–15709. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05127
6. Bartolomé, L.; Verziaggi, N.; Brinker, M.; Amayuelas, E.; Merchori, S.; Arkan, M. Z.; Eglītis, R.; Šutka, A.; Chorążewski, M. A.; Huber, P.; Meloni, S.; Grosu, Y.; ve diğ. “Hidrofobik nanoporlu silikon monolitlerde ıslanmaz sıvıların intrüzyon‑ekstrüzyon sırasında triboelektrifikasyonu.” Nano Energy 146 (2025): Article 111488. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111488