植物由来の分子で環境発電 -コガネバナの根から抽出できる成分の蒸着膜を用いた素子で振動発電を実証-

2026-07-21 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)と筑波大学の研究チームは、シソ科植物コガネバナの根に含まれる植物由来分子「バイカレイン」を真空蒸着して形成した自己組織化エレクトレット薄膜を用い、振動発電を実証した。蒸着条件を最適化することで、既存の化学合成エレクトレットに匹敵する高い分極電荷密度を実現したほか、劣化要因が大気中の水蒸気による結晶化であることを解明し、疎水性保護膜を形成することで耐久性を大幅に向上させた。さらに、試作した振動発電素子では環境中の微小な振動に応じた発電を確認し、植物由来材料でも環境発電が可能であることを示した。本技術はMEMSプロセスとの親和性が高く、小型化が容易であり、IoTセンサーやウエアラブル機器の電池交換不要な分散型電源としての応用が期待される。環境負荷の低い植物由来材料を活用した持続可能なエネルギーハーベスティング技術として、今後の発展が期待される。

植物由来の分子で環境発電 -コガネバナの根から抽出できる成分の蒸着膜を用いた素子で振動発電を実証-
概要図
※原論文の図を引用・改変したものを一部に使用しています。(CC BY-NC)

<関連情報>

自己組織化バイオエレクトレットを用いた振動電流発生の実証 Demonstrating Vibrational Current Generation With a Self-Assembled Bioelectret

Kouki Akaike, Yukihiro Shimoi, Qingshuo Wei, Yutaro Ono, Satomi Hosono, Yoichi Yamada, Haruhisa Akiyama, Shunsuke Tanaka
Advanced Functional Materials  Published: 20 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.76653

ABSTRACT

The widespread adoption of IoT devices has created a strong demand for replacement-free power sources for environmental, physiological, and infrastructure monitoring. Vibrational energy harvesters (VEHs), which convert ambient mechanical vibrations into electricity, offer a promising off‑grid solution. However, their large-scale deployment raises concerns regarding long‑term material supply and end‑of‑life disposal. To address these issues, exploring naturally occurring materials suitable for VEH components is essential. This study demonstrates that baicalein (Bai), a plant‑derived molecule, functions as an electret molecule. Vacuum‑deposited Bai films exhibit spontaneous orientation polarization (SOP), where molecular dipoles partially align along the surface normal, generating a giant surface potential (GSP). Sum‑frequency generation spectroscopy reveals anisotropic molecular layering and strong built-in electric fields. Increasing the evaporation rate boosts the surface polarization-charge density to over 2 mC m−2, comparable to that of commercially available electrets. Although moisture induces rapid depolarization, hydrocarbon‑based surface protection significantly improves air-stability of the electret without immediate GSP loss. Moreover, a sandwich-type device comprising a Bai film generates alternating voltage under mechanical vibrations, confirming its electret functionality without charging treatments. These results establish Bai as the first self‑assembled bioelectret and a sustainable alternative to conventional polymer electrets for VEHs.

0403電子応用
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