グラフェンとは？驚くべき魔法の素材

近年、超物質グラフェンに注目が集まっています。しかし、グラフェンとは何でしょうか？鋼鉄の200倍の強度を持ちながら、紙の1000分の1の軽さを持つ物質を想像してみてください。
2004年、マンチェスター大学のアンドレイ・ガイムとコンスタンチン・ノボセロフという二人の科学者が、グラファイトで「遊び」を始めました。そう、鉛筆の先についているあの物質です。二人はこの素材に興味を持ち、一枚で剥がせるかどうかを調べようとしました。そこで、彼らはダクトテープという珍しい道具を見つけました。
「（テープを）グラファイトかマイカの上に置き、一番上の層を剥がします」とハイム氏はBBCに説明した。グラファイトの薄片がテープから飛び散る。次にテープを半分に折り、一番上のシートに接着し、再び剥がす。この工程を10～20回繰り返す。
「そのたびに、薄片はどんどん薄く分解されます。最終的には、ベルトに非常に薄い薄片が残ります。テープを溶かすと、すべてが溶けてしまいます。」
驚くべきことに、テープ法は驚くべき効果を発揮しました。この興味深い実験は、単層グラフェン薄片の発見につながりました。
2010年、ハイム氏とノボセロフ氏は、金網に似た六角形の格子に配列した炭素原子からなる材料であるグラフェンの発見によりノーベル物理学賞を受賞した。
グラフェンがこれほどまでに驚異的な特性を持つ主な理由の一つは、その構造にあります。純粋なグラフェンの単層は、六角形の格子構造に配列した炭素原子の層として現れます。この原子スケールのハニカム構造が、グラフェンに驚異的な強度を与えています。
グラフェンは電気のスーパースターでもあります。室温では、他のどの物質よりも優れた電気伝導性を示します。
先ほどお話しした炭素原子を覚えていますか？炭素原子にはそれぞれパイ電子と呼ばれる余分な電子が1つずつあります。この電子は自由に動き回ることで、多層グラフェンをほとんど抵抗なく伝導することができます。
マサチューセッツ工科大学 (MIT) の最近のグラフェンの研究では、ほとんど魔法のようなことが発見されました。2 層のグラフェンをわずかに (わずか 1.1 度) 回転させてずらすと、グラフェンが超伝導体になるのです。
これは、抵抗や熱なしに電気を伝導できることを意味し、室温での将来の超伝導への刺激的な可能性を切り開きます。
グラフェンの最も期待されている用途の一つはバッテリーです。その優れた導電性により、現代のリチウムイオンバッテリーよりも速く充電でき、より長持ちするグラフェンバッテリーを製造できます。
サムスンやファーウェイなどの大企業はすでにこの道を歩み始めており、こうした進歩を私たちの日常のガジェットに導入することを目指しています。
「2024年までに、幅広いグラフェン製品が市場に投入されることを期待しています」と、ケンブリッジ・グラフェン・センター所長であり、ヨーロピアン・グラフェンが運営するイニシアチブ「グラフェン・フラッグシップ」の研究員であるアンドレア・フェラーリ氏は述べています。同社は共同プロジェクトに10億ユーロを投資しています。この提携により、グラフェン技術の開発が加速されます。
フラッグシップの研究パートナーは、現在最高の高エネルギー電池よりも20%高い容量と15%高いエネルギーを提供するグラフェン電池を既に開発しています。他のチームは、太陽光を電気に変換する効率が20%高いグラフェンベースの太陽電池を開発しました。
ヘッド・スポーツ用品のように、グラフェンの潜在能力を活用した初期製品もいくつかありますが、最高の成果はまだこれからです。フェラーリ氏は次のように述べています。「グラフェンについて語りますが、実際には多くの選択肢が研究されています。物事は正しい方向に進んでいます。」
この記事は人工知能技術を使用して更新され、事実確認され、HowStuffWorks 編集者によって編集されました。
スポーツ用品メーカーのヘッド社はこの驚くべき素材を採用しました。同社のグラフェンXTテニスラケットは、同じ重量で20%軽量化されていると謳っています。まさに革命的な技術です！
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