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2026-01-05 16:21:00
英国の研究者は、 有望な圧電特性を備えた鉛フリー材料 (J.Am.化学。社会 2025、DOI: 10.1021/jacs.5c15484)。圧電素子は、ライターのフリントのように圧力を電気の火花に変えますが、通常は製造が難しく有毒なセラミック部品に依存しています。ヨウ化ビスマスをベースにしたこの新材料は、記録的な圧電性能を証明し、センサー、ウェアラブル、プリンテッドエレクトロニクス向けの低コストで持続可能なソリューションの選択肢を拡大します。
この場合、コンポーネントは材料の構造に人為的な非対称性を生み出し、歪みや静電荷の分離を引き起こします。この分離は一般に分極とも呼ばれ、材料が圧力に応答して圧電効果を生み出すために必要な条件を作り出します。この新しい材料は、この種の化合物としてこれまでに報告された中で最も高い圧電係数を示し、加えられた圧力に対して強い電気応答を生成します。この構造はペロブスカイトに似ており、有機カチオンと、ヨウ素とビスマスを含むアニオンである無機ヨードビスマス酸塩で構成されています。
圧力がかかると、圧電材料が電流を生成します。この効果は、ライターのフリントから研究室の高感度センサーまでの用途に使用されます。
クレジット: Tizeff/Wikimedia、CC BY-SA 3.0
コンピューター計算では、非対称性を加えた有機カチオンは、対称構造の分極よりも 6 倍強い分極を示しました。無機アニオンの場合、その効果はさらに大きく、「分子間相互作用を導入して、意図的に傾きや歪みを引き起こし、非対称性を増大させる」と、今回の研究には関与していないトゥルク大学のスマートマテリアルの専門家ジョバナ・V・ミリッチ氏は説明する。全体として、カチオンおよびアニオンバンプ分極の変更は、対称構造の場合よりも最大 10 倍強力であり、この結果は圧電特性の実験的測定によって裏付けられています。 「この強化された分極は圧電応答にとって重要です」とミリッチ氏は付け加えます。
材料に鉛ベースの成分が含まれていないことに加えて、この新しい材料の合成戦略はより持続可能です。 「通常、数百時間の処理と高温高圧プロセスを必要とするセラミック圧電材料とはまったく対照的に、 [our] 「この材料は、100 °C 以下で 1 時間以内に単結晶として合成されます。」とフン氏は言います。また、メカノケミカル手法により、この圧電体の大量バッチの調製が容易なスケールアップに魅力的になります。「合成戦略は、単結晶成長、薄膜などの一般的な手法に基づいています。」 [processing]、およびメカノシンセシス、つまり材料を意味します。 [could be] エンジニアによって実装されました」とフン氏は付け加えました。
「この鉛フリー材料の競争力のある特性により、より持続可能な圧電材料への道が開かれます」とミリッチ氏は説明します。従来の圧電体のセラミック構造は、通常、柔軟性と低コストの製造を必要とするプリンテッド エレクトロニクスにおける新たな用途とは互換性がありません。新しい圧電体は持続可能性が高く、毒性がなく、市販の無機圧電体と同等の性能を発揮するため、スマートエレクトロニクスに適しています。圧電体を溶液や薄膜に加工することにより、半導体製造工場ですでに利用可能なシステムを使用して、スマートデバイスの製造が容易になります。鉛フリーの圧電体は、危険な化学物質を制限する厳しい国際規制を克服できる可能性があり、また「特にウェアラブル、センサー、自己給電型フレキシブルエレクトロニクスなどの新興技術に関連する」可能性があるとミリッチ氏は言う。
化学 & エンジニアリング ニュース ISSN 0009-2347 Copyright © 2026 American Chemical Society
#鉛フリー素材が圧電ポテンシャルを実証