カーボンナノチューブ単語

カーボンナノチューブ
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カーボンナノチューブ(CNT:Carbon nanotube)とは、炭素同素体の一つである。

概要

カーボンナノチューブ
Armchair (10,10)
カーボンナノチューブの構造式

カーボンナノチューブは、炭素を意味する「カーボン(carbon)」、10-9(10億分の1)を意味する接頭辞ナノnano-)」、円筒を意味する「チューブ(tube)」の3つの言葉を合わせたもの。

カーボンナノチューブの直径は、人の髪の毛の約5万分の1。炭素原子が六角形に配置されたグラファイトシートを、円筒状に丸めた形をしている。

層構造の違いによって、単層のもの(SWNTシングルウォールナチューブ)、単層のものが入れ子になった多層のもの(MWNTマルチウォールナチューブ)の2つに分けられる。また、原子配列の違いによって、アームチェア構造(Armchair)、ジグザグ構造(Zigzag)、らせん構造(Chiral)に分けられる。

一般に電気伝導率・熱伝導率が高く、耐熱性である。立体構造の違いで半導体となる。

発がん性やアスベスト石綿)様の性を有する可性が摘されている。

応用

ナノテクノロジー(耐摩耗性、軽量高強度性、高熱伝導性)

炭素繊維と同様に金属脂と混合して強度を向上させる試みはくから行われている。金属の場合は粉末状の材料を焼き固める「粉末」で実現した。だが、脂とカーボンナノチューブは相性が悪い。液体中ではカーボンナノチューブが凝集してしまうため、溶かした脂に混ぜるという手法が使えない。なんとかむらを作らず分散させる方法を開発したものの、今度はナノチューブ表面で脂の分子が滑ってしまい、思ったほどの強度を発揮することができなかった。それでもテニスラケットバンパーなどの応用品は存在する。

両者ともナノメーターサイズの細い針で試料表面を走査することで試料の原子サイズ凹凸映像化する装置である。カーボンナノチューブの先端を加工すると、炭素原子が鎖のように連なった分子が発生する。これを針として利用することで解像度を向上することができる。

環境(高比表面、低価格)

エネルギー(高比表面、超軽量)

いずれも電極の表面積を増やすことでを向上させられる。カーボンナノチューブは単位体積あたりの表面積が極めて大きいので最適な電極材料となる。

バイオ・医療(ナノ構造、生体適合、中空構造)

エレクトロニクス(ナノ構造、高電流密度、高融点/高強度)

一言で言うのならば「ブラウン管」。ブラウン管の電子は熱をかける必要が有るため、予熱による待機電の消費が問題になっていた。カーボンナノチューブで作った電子は熱する必要がなく、低い電圧でも電子を放出するため、消費電を小さくでき、コントラストもよく、応答速度ディスプレイを作ることができる。……はずのだが、開発は遅れに遅れ、その間に液晶ディスプレイが普及しきってしまったため、今更普及させるのが困難なのが現状である。

半導体ナノチューブはそれだけで高速トランジスターとなりうる。金属ナノチューブはある距離までなら電子が炭素原子と衝突することなく極めて高速で流れる(バリスティック伝導という)ため最適な配線材料となる。2019年MITは半導体ナノチューブを用いた16ビットRISC-Vプロセッサを制作、"Hello world"を出する事に成功した。

  • スピン素子

リスティック伝導の状態にある電子はスピン(コマの自転、の偏に相当する量子状態)が長期間にわたって維持される。これを利用してスピンを情報媒体にしたコンピュータを作れる可性がある。高磁性半導体と組み合わせることで演算と記憶の両方の機をもたせたスピン素子を作ることも可で、将来的には量子コンピュータや、電を落としても計算内容を保持できるスピンコンピュータの実現が期待される。

複合材料

電磁波吸収材料

カーボンナノチューブを面から垂直に高密度に生やした素材は極めて高い電磁波吸収特性を持つ。ナノチューブの「」に一旦迷い込んだ光子は多数のナノチューブの間を乱反射してなかなか外に出られないからだ。こうして作られた新素材ベンブラック」は外線からマイクロ波までの広帯域の電磁波のほぼ全てを吸収する現在最も「体」に近い素材である。

関連商品

関連項目

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カーボンナノチューブ

35 ななしのよっしん
2016/09/01(木) 13:40:53 ID: hkrk7B8gLC
http://s.news.mynavi.jp/news/2016/08/31/191/exit
富士通セミコンダクターカーボンナノチューブメモリライセンス生産を始めるとの事
36 ななしのよっしん
2016/11/11(金) 15:34:02 ID: hkrk7B8gLC
日本オンの量産SGCNTから試作製品の熱伝導性ゴムが誕生した。

http://www.zeon.co.jp/press/161110.htmlexit

今後、CPUクーラーのヒートスプレッダやスマホ用のグラファイトシートがこいつに置き換わる可性が大きい。
37 ななしのよっしん
2017/02/17(金) 12:46:52 ID: hkrk7B8gLC
http://eetimes.jp/ee/articles/1702/17/news039.htmlexit
こちらは日本ミコンからCNT配合のフレキシブル電極シート
これからも応用品が続々登場するだろう。
38 ななしのよっしん
2017/02/22(水) 12:54:35 ID: hkrk7B8gLC
http://eetimes.jp/ee/articles/1702/22/news031.htmlexit
バッテリーに匹敵するエネルギー密度を持つCNTキャパシタ登場。
日本オンの量産SWCNTの登場で今後が面くなりそうだ。
39 ななしのよっしん
2017/03/25(土) 05:22:33 ID: hkrk7B8gLC
http://news.mynavi.jp/news/2017/03/24/219/exit
韓国中国合同チームがCNTカイラリティ制御に成功した。
カイラリティ毎にそれぞれ最適な組成の触媒を選択するそうだ。
40 ななしのよっしん
2017/04/10(月) 16:07:23 ID: hkrk7B8gLC
カーボンナノチューブ空気極により高容量なリチウム空気電池を開発
http://www.nims.go.jp/news/press/2017/04/201704050.htmlexit

リチウム空気電池は、電気自動車はおろか電動旅客機すら可とするリチウム系究極のバッテリー
41 ななしのよっしん
2017/06/23(金) 15:32:46 ID: hkrk7B8gLC
産総研の大発明SGCNT配合電磁波吸収性塗料。ベンブラックのような電磁波吸収特性をどこでも塗るだけで実現できる。元々に溶けないCNT性塗料化したところがミソだ。
http://news.mynavi.jp/news/2017/06/15/035/exit
42 ななしのよっしん
2017/09/14(木) 11:14:02 ID: hkrk7B8gLC
東北大学でもCNTカイラリティ制御に成功。
従来は合成不可能だった(6,4)ナノチューブの合成にも成功した。使用する触媒は一種類でいいのでより工業生産に向いている。
http://eetimes.jp/ee/spv/1709/14/news033.htmlexit
43 ななしのよっしん
2017/11/19(日) 22:08:30 ID: CKNNvmBOUF
宇宙エレベーター材料になるらしい
44 ななしのよっしん
2018/11/01(木) 16:46:01 ID: hkrk7B8gLC
https://www.nzherald.co.nz/business/news/article.cfm?c_id=3&objectid=12149561exit

北京の清大学が引っり強度80ギガパスカルカーボンナノチューブケーブルを開発した。ただし長さは最長70cm軌道エレベーターまではまだ遠い。