闘神祭の感想が続くと思ったか？残念だったな！ 科学記事だ！()

こんにちは デレマスのきらりをよしよししたい りるあです　かわいいですよね。きらり。

闘神祭 “当日は”非常に熱かったですね！ PCの前でぎゃーぎゃー言いながら見てました

GGの小川選手vsFAB選手の試合を見損ねたのが失敗でしたが…

さて、闘神祭とは全く関係ない記事を書きます。

今までよりもさらに自己満足な記事です。

が、内容だけはあると思います(震え声)　そこ、文字ばっかりで読む気が起きないとか言わない

先日ネットの海を漂っていたらこんな記事がありました。

カーボンナノチューブを食べた蚕、強靭な生糸を吐く

http://j.people.com.cn/n3/2016/1012/c95952-9125978.html

記事を読むと、グラフェンやカーボンナノチューブを食べた蚕が吐いた糸が非常に強くなるというものです。以前から、糸に後から手を加えれば強靭になるというのは知られているが、蚕に与えた方が簡単だしもっと強くなるよってことみたいですね。

で、今回話題にしたいのはこの強くした糸で何ができるの？ってことではなく、グラフェンやカーボンナノチューブ(CNT)ってなんぞや？ってことです。いや、ググれよって話なのですが、自己満足なので取り上げてみたいと思います。できるだけ簡単に説明したいと思いますが、取り上げる材料の都合上、高校生程度の知識が必要になるかもしれません。

端的に言ってしまうと、グラフェンは原子一個分の厚さを持った炭素原子のシートで、CNTはグラフェンを巻いた形をした、炭素の筒です。図1のような感じですね。原子一個分の厚さとは、大雑把にいうと0.1 nm = 0.00000001 cmです。ちなみに髪の毛の太さが0.1 mm = 0.01 cm程度です。比較すればわかりますが、めちゃくちゃ小さいです。やヴぁいです。でもこれだけだと面白くないので、ちょっとだけ詳しく書きます。

図1: グラフェン(左)とカーボンナノチューブ(右)　

右図の(a,b)のような表記はカイラリティと呼ばれるもの　巻き方と考えてもらえればいいです。注：図はwikipedia より引用

①グラフェンとカーボンナノチューブ(CNT)がなぜセットで語られるのか

多くの場合、このグラフェンとCNTはカーボン系材料と呼ばれ、セットで語られます。なぜかというと、非常に似通っているからですね。当たり前のことですがw では何が似通っているのでしょうか。それは構造です。これら二つは炭素原子(C)のみで構成され、更にその原子が正六角形の頂点にあり、ハチの巣のような構造を取っています。図1を見ていただくとわかる通り、グラフェンはハチの巣のシートのような形をしているのに対し、CNTはそれを巻いたような形をしています。勘のいいかたなら、「構造が似ているなら材料の性質も近いんじゃないの？同じ物質じゃないの？」と考えると思います。もちろんそれは正しいのですが、その巻いてあるか巻いてないかで変わる性質が非常に大事になるのでわざわざ名称が分けられています。

グラフェンとCNTは近いようで、P4U2の表キャラとシャドウキャラくらい違います。

この節のまとめ

・グラフェンとカーボンナノチューブは表キャラとシャドウキャラくらい、似てるようで違う！

②ハチの巣構造のなにがいいのか。それによって得られる利点

ここから更に難しくなります…

グラフェンとCNTはハチの巣構造をしていて、頂点に炭素原子があるというのは説明しましたが、六角形の”辺”は何を表しているのでしょうか。これは炭素と炭素の結合を表していると考えていいです。そしてこの結合も非常に材料の性質を決める上で大事になります。

炭素と炭素の結合で、これはいわゆる共有結合です。この共有結合は非常に堅く、なかなか原子同士が離れない特徴を持っています。ダイヤモンドが強いのもこれが理由の一つです。(ダイヤモンドとは結晶構造が違うだけ)。よくわからない方はグラフェンとCNTはとりあえず防御力高いって思って下さい。この性質を利用しているのが、最初に紹介した記事の内容ですね。

そして六角形ハチの巣構造を持っているがゆえに、専門用語でいうと、電子の移動度がとてつもなく大きいです。この電子の移動度は各物質(特に半導体でよく使われる)で決まっています。この移動度がグラフェン、CNTにおいては全物質中最大レベルです。電気がめっちゃ早く流れるってイメージしてください。

無理やりP4U2で例えると、移動が速いキャラな千枝です。

移動度が大きいと何がいいかというと、例えば集積回路としてとして用いることができた場合、超高速で動かすことができます。移動度だけ比べれば現状のSiを用いた集積回路の100倍！とかで動かすことができます。また、強くて薄いので導線の代わりに使ってもさらなる動作の安定化、高速化がねらえます。

この節のまとめ

・グラフェンとカーボンナノチューブは防御力の高い千枝！超強そう！

③なんで一般化しないの？

さて、その構造によりとっても便利な性質をもつグラフェンとカーボンナノチューブですが、なぜ一般化しないのでしょうか？その原因は多いのですが、個人的には”作りにくい”ことが最も大きい理由だと思っています。考えてもらえればわかるのですが、原子一層分だけのシートを思った通りの品質で大量に作るということはとても難しいと感じると思います。ナノチューブに至ってはそれが巻いてあるので更に難しく感じますよね。実際にその通りで、グラフェン(やカーボンナノチューブ)は古くから理論研究の対象となっていましたが、実際に作成され、研究されたのは2000年台に入ってからです。実際グラフェンを実測したことにノーベル賞が与えられています。(スコッチテープ法と言います)

格ゲーで例えるなら、高火力だけど立ち回りがすっごい難しいってことになりますね(?)。

この節のまとめ

・グラフェンとカーボンナノチューブは高火力だけど立ち回りが難しいキャラ！

長々と書きましたが今回の記事のまとめです

・将来有望なグラフェンとカーボンナノチューブは表千枝と影千枝！

⇒千枝ちゃん万歳(/・ω・)/

はい。これが言いたかっただけです。

資料なしでかつ、昔取った杵柄だけでつらつらと書いたので間違っていたらごめんなさい。でも大体は合っているはずです…たぶん。

いろいろと隠した上、数式は一切使わず結論ばっかり書いていたので、なんでそうなるのか、本当かどうかを調べると面白いですよ！ (詳しく知りたい方、教えます)

文字ばかりでかつ、難しくなってしまいましたが、ちょっとは物性とかそういうニュースに興味もってもらえると嬉しかったりします。(ノーベル賞を受賞した、格ゲーマーが好きそうなワードのオートファジーで自分のTLがあんまり騒がなかったように見えたのでこんな記事を書いてしまいました。訂正がある方は是非教えていただけると嬉しいです。)

ではでは！