近年、超素材グラフェンに大きな注目が集まっています。では、グラフェンとは一体何でしょうか？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2人の科学者は、グラファイトで「遊んで」いました。そう、鉛筆の芯についているあのグラファイトです。彼らはその物質に興味を持ち、それを一層で取り除くことができるかどうかを知りたかったのです。そこで彼らは、一風変わった道具を見つけました。それはダクトテープでした。
「テープをグラファイトか雲母の上に置き、一番上の層を剥がします」とハイム氏はBBCに説明した。「すると、テープからグラファイトの破片が飛び散ります。次に、テープを半分に折り、上のシートに接着し、再び剥がします。そして、この工程を10回か20回繰り返します。」
「フレークは毎回、どんどん細かく砕けていきます。最終的には、ベルト上に非常に薄いフレークだけが残ります。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、テープを使った方法は素晴らしい効果を発揮した。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った。
2010年、ハイムとノボセロフは、金網に似た六角形の格子状に炭素原子が配列された物質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素晴らしい素材である主な理由の一つは、その構造にあります。純粋なグラフェンの単層は、炭素原子が六角形の格子構造に配列された層として現れます。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るのです。
グラフェンは電気特性においても非常に優れている。室温では、他のどの物質よりも優れた電気伝導性を示す。
先ほどお話しした炭素原子を覚えていますか？ 実は、炭素原子にはそれぞれπ電子と呼ばれる余分な電子が1つあります。この電子は自由に移動できるため、グラフェンの複数の層を通して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）で行われたグラフェンに関する最近の研究で、ほとんど魔法のような発見があった。グラフェンの2つの層をわずかに（わずか1.1度）ずらして回転させると、グラフェンが超伝導体になるのだ。
これは、抵抗や発熱なしに電気を伝導できることを意味し、将来の室温超伝導に向けて刺激的な可能性を切り開くものである。
グラフェンの最も期待される用途の一つは電池です。その優れた導電性のおかげで、現代のリチウムイオン電池よりも充電速度が速く、寿命が長いグラフェン電池を製造することが可能になります。
サムスンやファーウェイといった大手企業の中には、既にこの道を歩み始め、これらの技術革新を私たちの日常的なガジェットに導入しようとしているところもある。
「2024年までに、さまざまなグラフェン製品が市場に出回ると予想しています」と、ケンブリッジ・グラフェン・センター所長で、欧州グラフェンが運営するイニシアチブであるグラフェン・フラッグシップの研究者であるアンドレア・フェラーリ氏は述べた。同社は共同プロジェクトに10億ユーロを投資している。この提携はグラフェン技術の開発を加速させる。
Flagshipの研究パートナーは既に、現在の最高性能の高エネルギー電池よりも容量が20%、エネルギー密度が15%高いグラフェン電池を開発している。また、他の研究チームは、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ている。
ヘッド社のスポーツ用品など、グラフェンの可能性を活用した初期製品はいくつか存在するものの、真価を発揮するのはこれからだ。フェラーリ氏が指摘したように、「私たちはグラフェンについて語っているが、実際には数多くの選択肢が研究されている。物事は正しい方向に進んでいる」。
この記事は、人工知能技術を用いて更新され、事実確認が行われ、HowStuffWorksの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異的な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、同じ重量で従来品より20%軽量化されていると謳っています。これはまさに革新的な技術です！
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投稿日時：2023年11月21日