化学が導く鉛筆の中の未来材料| 佐賀大学坂口幸一准教授

佐賀大学理工学部理工学科化学部門坂口幸一准教授

化学が導く鉛筆の中の未来材料

佐賀大学
理工学部理工学科化学部門

坂口幸一准教授

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30分のミニ講義を聴講しよう！化学が導く鉛筆の中の未来材料

我々が幼いころから使ってきた鉛筆の芯は、グラフェンと呼ばれる極めて優れた特性を有する炭素二次元シートが積み重なってできています。講義ライブでは、このグラフェンによって拓かれる未来と化学の果たす役割について紹介します。

先生からのメッセージ

あなたは、高校の「化学」の授業は好きですか。中学･高校時代の化学は、元素記号を覚えるなど暗記中心の勉強ですが、大学で研究する化学は全く別ものです。世界中の、まだ誰も見たことのない物質を創造するという心躍らせる研究が待っています。
高校時代は、そのための基礎をしっかり学びながら、その一方で「こんなモノがあったらいいな、こんなコトができたらすごいだろうな、こんなモノを自分の力で作ってみたいな」という、想像力と創造意欲を絶やさないようにしてください。

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夢ナビ講義も読んでみよう「鉛筆の芯」が化学の力で見たこともないような製品に化けるかも！？

「鉛筆の芯」から飛行機の部品が作れる？将来、自動車や飛行機の部品、コンピュータの電子回路などが、「鉛筆の芯」から作られるようになるかもしれません。鉛筆の芯の原料は黒鉛ですが、黒鉛は層状であり、構成する1枚あたりの層は「グラフェン」と呼ばれています。グラフェンは、あらゆる物質の中で最も速く電子や熱を通し、平面状での炭素原子の結合はダイヤモンドよりも強固です。さらに、安定した物質の元素としては、トップクラスの軽さです。
したがって、半導体部品をグラフェンで作れば、コンピュータやスマホが大幅に高性能化できるほか、熱伝導用のさまざまな金属製品も、軽くコンパクトにすることが可能です。飛行機や自動車の骨格にグラフェンを使えば、現在のアルミやマグネシウムの合金よりさらに軽く、強度も高いボディを作ることができます。難しい抽出と加工グラフェンは、炭素原子が蜂の巣のような六角形格子構造で結合した、シート状の物質です。上述した素晴らしい特性を持っていることはわかっていますが、原子レベルの厚みのシートを取り出し、目的に合わせて加工する技術が確立されていません。
そこで現在、黒鉛を酸化して酸素を取り込ませた酸化グラフェンを取り出し、加工した後、還元してグラフェンに戻す方法が研究されています。グラフェンを「1枚のシート」として取り出せることがわかったのは、2000年代に入ってからなので、研究の発展が期待されています。グラフェンを利用した新素材の可能性グラフェンは液体と馴染まない性質がありますが、インク状に加工すれば、電子回路を「印刷」することができ、電子機器の製造コストが大幅に削減できます。曲げることもできるので、人体に取り付ける医療用やスポーツ科学用のセンサー類にも応用できます。
冷蔵庫や靴箱の脱臭剤として用いられている「活性炭」も、炭素の加工品の1つですから、グラフェンを応用して超強力脱臭炭を作ることも期待できます。このように化学分野の研究は、まだ誰も見たことのないモノを創造する力を持っているのです。