Новая бессвинцовая плёнка из феррита висмута превращает движение в электричество

Исследователи Высшей инженерной школы Университета Осаки 19 марта 2026 года сообщили о создании тонкой пьезоэлектрической плёнки из феррита висмута, легированного марганцем, непосредственно на стандартных кремниевых пластинах. Полученный материал не содержит свинца и при этом демонстрирует рекордные для данного класса соединений показатели генерации электрического заряда при механическом воздействии.

Группа под руководством доцента Такеши Ёсимуры применила нестандартный подход к проблеме совместимости феррита висмута с кремниевой подложкой. При охлаждении кремний растягивает нанесенную пленку, в то время как для улучшения пьезоэлектрических свойств обычно требуется сжатие. Вместо того чтобы устранять растягивающие напряжения, ученые использовали их для запуска структурного фазового перехода из ромбоэдрической в моноклинную кристаллическую фазу, что усилило пьезоэлектрический отклик материала.

Для точного контроля процесса осаждения был разработан метод двухосного комбинаторного распыления. Он позволяет варьировать температуру и состав в пределах одной пластины, что дает возможность одновременно тестировать десятки условий роста пленки. Это крайне важно при работе с висмутом, который имеет низкую температуру плавления и высокую чувствительность к термическим колебаниям.

Испытания в составе микроэлектромеханических устройств для сбора энергии вибрации показали пятикратное увеличение эффективности преобразования по сравнению с существующими бессвинцовыми аналогами. Устройства стабильно работали как при постоянной, так и при импульсной вибрации. Весь процесс производства основан на стандартном методе напыления, совместимом с полупроводниковой промышленностью, что делает технологию пригодной для масштабирования и применения в датчиках, устройствах интернета вещей и автономных системах.

Источник: Interesting Engineering