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グラフェン

2次元で世界最高強度の物質「グラフェン」を、3次元に転換成功!宇宙エレベーターなど実用化へ前進か

 グラフェンとは何か?

 グラフェン (graphene) とは、1原子の厚さのsp2結合炭素原子のシート。炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造(ハニカム状)をとっている。

 グラフェンが3次元的に積層した結晶がグラファイト(黒鉛)で、鉛筆の芯にも使われる身近な物質だ。層間の結合は弱いファン・デル・ワールス力なので、グラファイトは劈開性に富み、鉛筆で線が描けるのはそのため。

 グラフェンの炭素間結合距離は約0.142 nm。炭素同素体(グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレンなど)の基本的な構造である。ダイヤモンド以上に炭素同士の結合が強く、平面内ではダイヤモンドより強い物質と考えられている。物理的にもとても強く、世界で最も引っ張りに強い。熱伝導も世界で最も良いとされ、電気の伝導度もトップクラスに良い物質である。


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世界初!グラフェンとにフラーレンを利用したナノベアリング!摩擦が非常に低い「超潤滑現象」とは何か?

 摩擦力とは何か?その原因はクーロン力

 摩擦力(Friction)とは何だろう?摩擦力は二つの物体が接触している際に、その物体の動きを妨げる方向にはたらく力である。

 ざらざらで水平な机の上で、ある質量をもった物体を水平方向に引っ張る場合と、なめらかな氷の上で同様に物体を引っ張る場合とでは、その物体を動かすのに要する力は明らかに異なる。これは、机の上においた物体の方が、何らかのより大きな力が水平逆向きに働いたからに他ならない。

 摩擦力はなぜ発生するのだろうか?

 摩擦力は、2つの面の間の凝着の発生と破壊によるものと、柔らかい材質側を変形させる力によるもの両方が関係していると思われる。摩擦係数は、金属どうしで0.4ぐらいであるが、固体潤滑材(2硫化モリブデン・グラファイト)では、0.2程度まで低下する。固体潤滑材は、きわめて壊れやすい構造をもった材料であることが、摩擦力の低減に有効である。


Graphene

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史上最薄の「電球」が誕生、厚みは原子1個分のグラフェン!しかも摂氏2500度以上

 グラフェンとは何か?

 グラフェン (graphene) とは、1原子の厚さの炭素原子のシート。炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造をとっている。非常に高い導電性や物理的強度など、いくつかの特徴を備えている。

 コロンビア大学をはじめとする米韓の研究チームが、次世代素材グラフェンを発光させる実証実験に成功した。グラフェンコーティングしたLEDなどはあるものの、グラフェンそのものを発光させたのは世界初。フォトニック(光子)回路開発への応用が期待され、将来的にさまざまな電子機器をを大きく変貌させる可能性を持っている。

 素材としてのグラフェンは応用範囲も幅広く、半導体用途からセンサー、電池、バイオ、高強度繊維などあらゆる分野で期待されている。2004年に黒鉛の塊からグラフェンを取り出すことに成功し、その性質を研究したロシア人研究者ガイムとノボセロフの2名は、2010年のノーベル物理学賞を受賞した。


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