超薄型ダイヤモンド膜、曲げると電圧を発生

香港大学の研究者らは、多結晶ダイヤモンドでできた極めて薄く柔軟な膜を曲げると、測定可能な電圧が発生することを示した。再現性のあるこの結果は、ダイヤモンドには圧電性がなく、機械的な変形を電気的な応答に変えられないという、約100年にわたる従来の考えを覆すものだ。

研究チームは、厚さわずか数マイクロメートルの膜を基板から分離することで、通常は硬いダイヤモンドに柔軟性を持たせた。条件を制御した実験では、繰り返し曲げるたびに安定して電圧が生じた。研究者らは環境からの干渉や、表面同士の接触や摩擦によって生じる摩擦帯電の影響を調べ、信号が膜そのものに由来するという証拠を強めた。厚さ約5マイクロメートルの膜の1つは、曲げひずみ1.4％で約70ミリボルトを発生し、試料はより小さいひずみでも7,000回を超える繰り返しにわたり応答を維持した。

計算によれば、この効果は、膜を構成する多数の微細なダイヤモンド結晶が接する粒界の非対称性に由来すると考えられる。曲げることで粒界周辺の電荷分布が変化し、材料の両側に電位差が生じる。

出力は小さく、通常のダイヤモンドが電池の代わりになるわけではない。実用的な装置には、効率、製造、組み込みに関するさらなる研究が必要だ。それでも、ダイヤモンドの耐久性、化学的安定性、生体適合性により、この膜は将来、自己給電型センサー、小型のエネルギー回収装置、動きから信号や微量の電力を得る体内埋め込み機器に役立つ可能性がある。