日本大阪都市大学的科研团队成功开发出一种高性能无铅压电薄膜，可直接在标准硅片上制造，为环保型能量收集设备的生产带来突破。这项成果发表于《Microsystems & Nanoengineering》期刊，标志着无铅压电材料在兼容传统半导体工艺方面取得重要进展。

压电材料能够将机械应力转化为电荷，广泛应用于麦克风、扬声器等设备。然而，高性能压电材料通常含铅，对环境造成潜在危害。大阪都市大学工程研究生院副教授、本研究主要作者吉村武志表示：“我们一直在探索振动供电设备作为压电材料的新应用。”

他补充道：“尽管压电材料已很常见，但性能最优的材料仍依赖铅，这对环境不利。”团队选择铋铁氧体作为更环保的替代品，但其实际应用受限于高电泄漏和较低的压电性能。

为克服这些挑战，研究人员设计了锰掺杂铋铁氧体超薄膜，直接在硅片上生长。吉村解释说：“我们不是试图避免拉伸应变，而是利用它来触发结构相变，从而在标准硅片上显著提升压电性能。”团队开发了独特的“双轴组合溅射”技术，允许在单个晶片上连续调整生长温度和成分，加速了优化过程。

通过这一方法，团队确定了诱导结构相变的最佳条件，使薄膜原子结构转变为更适合电子和能量收集设备的形式。所得无铅压电薄膜实现了该材料有史以来最高的压电响应，表明其能产生大量电荷。在测试中，集成到微机电系统振动能量收集器时，能量转换效率比以往版本提高五倍，且能在连续或突发振动下稳定运行，适用于电机等真实环境。

由于薄膜完全通过标准硅片溅射制造，该方法适合大规模生产。吉村指出：“我们的目标是将应用扩展到智能传感器、物联网和自供电设备。无铅压电材料的实际采用有助于减少未来电子产品对环境的影响。”这项研究为开发高效、环保的振动能量收集技术提供了新路径，推动无铅压电材料在电子领域的应用。

出版详情：作者：Osaka Metropolitan University；标题：《Lead-free thin films turn everyday vibrations into electricity》；发表于：《Microsystems & Nanoengineering》(2026)；期刊信息：《Microsystems & Nanoengineering》。