グラフェン:最強・最高導電性の単層カーボンが技術を変える
科学者たちは、常人が想像もできない微小な世界からエネルギーを引き出そうとしています。それがどんなに驚異的でも、自分の身の回りで何が起きているか知っておくのは良いことです。今回は、世界を目の前で変えうる物質「グラフェン(Graphene)」を紹介します。
簡単に言えば、グラフェンは「炭素原子1層分のシート」。鉛筆の芯(グラファイト)の、最も薄く、単一の層がグラフェンです。純粋な炭素のシートが原子1個分の厚さしかありません。そんなシンプルな物質が、信じられない特性を備えています:
- 史上初の2次元材料
- 既知最強クラスの機械的強度
- 最軽量・最薄
- 高い柔軟性と透明性
- 優れた電気・熱伝導性(銅を上回り、超伝導体に匹敵)
- デバイスの電流運搬能力を向上
- 20%まで伸びても破損しない
- 幾何学的特性を活かしたナノスケールテンプレート製造可能
グラフェンの電気的特性
平らな六方最密充填構造により、電子が极めて低抵抗で高速移動可能。銅などの従来導体や超伝導体を凌ぐ導電性を示します。
グラフェンの応用分野
- バッテリー:導電性と軽さを活かし、リチウムイオン電池に組み込めば容量10倍、充電10倍速、長寿命化、小型化が可能。
- スマートフォン:グラフェン製タッチスクリーンで、紙のように薄く折り畳めるスマホが実現。
- グリーンエネルギー:不完全なグラフェンはプロトン(正電荷水素イオン)のみを透過させ、他ガスは完全遮断。燃料電池等への応用が期待。
- 防弾アーマー:ケブラーの2倍の衝撃吸収。超軽量で着用負担も激減。
- 飲料水化(海水淡水化):水分子のみ通し塩分・不純物を遮るグラフェン膜で、世界水危機解決の切り札に。
- 太陽電池:グラフェン被覆太陽電池に模擬雨滴を落とすと発電。雨滴中の塩類がイオン解離し、正イオンがグラフェンの負イオンと相互作用して電位差生成。

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