「私たちはゴミをグラフェンに変えています」; 鋼鉄よりも 200 倍強く、紙よりも薄く、古いタイヤとコーヒーかすから作られます。

科学の世界では、グラフェンがあらゆる人の注目を集めているトピックです。

この注目すべき材料は、ハニカム構造に配置された炭素原子の単層からなり、並外れた特性を備えています。 鋼鉄の 200 倍の強度を持ち、銅よりも導電性が高く、紙よりも薄く、驚くほど柔軟で、元の長さの 125% まで伸ばすことができます。

このような優れた特性を持つグラフェンが、近い将来、さまざまな産業に革命を起こすと期待されるのも不思議ではありません。 待望の宇宙エレベーターの建設においてグラフェンが重要な役割を果たすのではないかという憶測さえあります。

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Avadain Inc. は、特許取得済みの環境に優しいプロセスを使用して、高品質のグラフェン フレークを低コストで製造することを専門とする米国に拠点を置く企業です。 その高品質グラフェン フレークは、業界の好みに合わせて調整されています。 同社は、ハイテク製品に使用される、大きくて薄く、ほぼ欠陥のないグラフェンフレークの推定1,000億ドルの世界市場の80％以上をターゲットにしています。

グラフェンはさまざまな形で存在しており、Avadainの方法以外にもさまざまな製造方法があります。 グラフェンの単一シートはエレクトロニクスや光学に最適であり、化学蒸着によって製造できますが、少量しか製造できません。 大量の材料を得るために、企業は一般に液体剥離を使用します。これは、酸、溶剤、機械的粉砕を使用してグラファイト塊からグラフェンフレークを削り取ることを含む技術です。 この方法では通常、20 ～ 50 層のグラフェンで構成される小さなプレートレットが生成されます。

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2014 年、ライス大学の化学者ジェームス ツアーと彼のチームは、レーザーを使用してアモルファス炭素であるカーボン ブラックをザッピングすることにより、数層のみからなる純粋な形のグラフェンを作成する方法を発見しました。 短いレーザーパルスによって生成された高熱が炭素原子間の結合を破壊し、炭素が冷えると最も安定した構造であるグラフェンに合体しました。 このアプローチでは依然として少量のグラフェンしか生成されず、大量のエネルギーが必要でした。

Tour と一緒に研究している大学院生、Luong Xuan Duy は、レーザーによるグラフェンの製造に使用されるアプローチと同様の、電気ザッピングによる金属ナノ粒子の作成を実証する研究に出会いました。 Duy 氏は、この方法を炭素源の加熱とグラフェンの生成に適用できるかどうか疑問に思いました。

カーボンブラックを入れたガラス瓶を使って実験し、それに400ボルトの電気を約200ミリ秒間加えた後、彼はグラフェンの生成に成功した。 当初、結果は標準以下でしたが、調整後、明るい黄白色のフラッシュがバイアル内の温度が約 3000 ケルビンに達したことを示しました。 化学試験によりグラフェンの生成が確認されました。

この方法を使用して製造されたグラフェンは、バルク用途に最適であることが判明しました。 炭素原子が規則的なパターンで積み重なっているグラファイトとは異なり、このグラフェンでは凝縮した炭素原子が整列するのに十分な時間がなく、その結果、ターボスタティック グラフェンと呼ばれる構造が生じます。 この素材では、グラフェン層がさまざまな角度でごちゃ混ぜに重なっています。

Duy 氏によれば、ターボスタティック グラフェンは水などの溶媒に添加すると、凝集せずに懸濁したままになるため、これは有利であるとのことです。 これにより、材料の各粒子が複合材料と効果的に相互作用できるようになります。