過去10年ほどの間、科学ジャーナルの近くにいたことがあれば、コンピューティングから生物医学まですべてを変えることを約束する2次元の驚異的な素材であるグラフェンについてのある種の最上級に出くわすでしょう。
いくつかの注目に値する特性のおかげで、グラフェンの用途については多くの誇大宣伝があります。人間の髪の毛の100万倍細いですが、鋼の200倍の強度があります。柔軟性がありますが、完璧なバリアとして機能し、優れた電気伝導体です。これらすべてを組み合わせると、革新的な可能性のある多数のアプリケーションを備えた資料ができあがります。
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グラフェンとは何ですか？
グラフェンは炭素ですが、1原子の厚さのハニカム格子になっています。以前の化学のレッスンに戻ると、完全に炭素で構成された材料は、その原子がどのように配置されているか（異なる同素体）に応じて、大幅に異なる特性を持つ可能性があることを思い出してください。たとえば、鉛筆の芯のグラファイトは、婚約指輪の硬くて透明なダイヤモンドに比べて柔らかくて暗いです。人工の炭素構造も同じです。ボール型のバックミンスターフラーレンは、カーボンナノチューブのコイル状の配置とは異なる働きをします。
グラフェンは、六角形の格子状の炭素原子のシートでできています。上記の中で、形状はグラファイトに最も近いですが、その材料は弱い分子間結合によって層ごとに保持された炭素の2次元シートから作られていますが、グラフェンは1シートの厚さしかありません。グラファイトから1原子の高さの炭素の単一の層を剥がすことができれば、グラフェンができあがります。
グラファイトの分子間結合が弱いため、柔らかくフレーク状に見えますが、炭素結合自体は堅牢です。つまり、これらの炭素結合だけで構成されたシートは強力であり、最強の鋼の約200倍であると同時に、柔軟性と透明性があります。
グラフェンは長い間理論化されており、人々がグラファイト鉛筆を使用している限り、誤って少量生産されてきました。ただし、その主な分離と発見は、2014年にマンチェスター大学で行われたアンドレガイムとコンスタンチンノボセロフの業績に基づいています。伝えられるところによると、2人の科学者は金曜日の夜の実験を行い、日中の仕事以外でアイデアをテストしました。これらのセッションの1つで、研究者はスコッチテープを使用して、グラファイトの塊から炭素の薄層を除去しました。この先駆的な研究は、最終的にグラフェンの商業生産につながりました。
2010年にノーベル物理学賞を受賞した後、ガイムとノボセロフはテープディスペンサーをノーベル博物館に寄贈しました。
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グラフェンは何に使用できますか？
注意すべき重要なことの1つは、科学者がグラフェンをベースにしたあらゆる種類の材料を開発しているということです。これは、プラスチックについて考えるのと同じように、グラフェンについて考える方がおそらく良いことを意味します。本質的に、グラフェンの出現は、1つの新しい材料だけでなく、まったく新しいカテゴリーの材料につながる可能性があります。
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用途に関しては、生物医学や電子機器から作物保護や食品包装まで、幅広い分野で研究が行われています。たとえば、グラフェンの表面特性を変更できることで、ドラッグデリバリー用の優れた材料になる可能性があります。また、材料の導電性と柔軟性により、新世代のタッチスクリーン回路や折りたたみ式ウェアラブルデバイスの先駆けとなる可能性があります。
グラフェンは液体や気体に対して完全なバリアを形成できるという事実は、他の材料と一緒に使用して、ブロックするのが非常に難しいヘリウムを含む、任意の数の化合物や元素をろ過できることを意味します。これは、産業に関してはさまざまな用途がありますが、水ろ過に関する環境ニーズにも非常に役立つ可能性があります。
グラフェンの多機能特性は、膨大な量の複合材料の使用への扉を開きます。既存の技術をどのように後押しできるかについては多くの考えがなされてきましたが、この分野での継続的な進歩は、最終的には以前は不可能だったまったく新しい分野につながるでしょう。まったく新しいクラスの航空宇宙工学が出現するのを見ることができますか？拡張現実光学インプラントはどうですか？その見た目から、21世紀は私たちが知る時です。
