カーボンナノチューブのすべて

未来の素材

アンドレイ・プロホロフ/E+/ゲッティイメージズ

科学者はすべてを知っているわけではありません 炭素 略してナノチューブまたは CNT ですが、彼らはそれらが炭素原子で構成された非常に薄く軽量な中空チューブであることを知っています。あ 炭素 ナノチューブは、円柱状に丸められたグラファイトのシートのようなもので、独特の六角形の格子構造がシートを構成しています。カーボンナノチューブは非常に小さいです。カーボンナノチューブ1本の直径は1ナノメートルで、髪の毛の直径の1万分の1です。カーボンナノチューブは、さまざまな長さで製造できます。

カーボンナノチューブは、その構造によって、単層ナノチューブ (SWNT)、二層ナノチューブ (DWNT)、多層ナノチューブ (MWNT) に分類されます。さまざまな構造には、ナノチューブをさまざまな用途に適したものにする個々の特性があります。

独自の機械的、電気的、および熱的特性により、カーボン ナノチューブは、科学研究および産業および商業用途に刺激的な機会を提供します。複合材料産業における CNT には大きな可能性があります。

カーボンナノチューブはどのように作られるのですか?

ろうそくの炎は、自然にカーボンナノチューブを形成します。しかし、研究や製品の開発にカーボン ナノチューブを使用するために、科学者はより信頼性の高い製造方法を開発しました。多くの製造方法が使用されていますが、化学蒸着、アーク放電、およびレーザー アブレーションが、カーボン ナノチューブを製造する最も一般的な 3 つの方法です。

化学蒸着法では、基板上に散らばった金属ナノ粒子のシードからカーボン ナノチューブが成長し、摂氏 700 度 (華氏 1292 度) に加熱されます。プロセスに導入された 2 つのガスが、ナノチューブの形成を開始します。 (金属と電気回路の間の反応性のため、酸化ジルコニウムがナノ粒子シードの金属の代わりに使用されることがあります。) 化学蒸着は、商業生産のための最も一般的な方法です。

アーク放電は、カーボンナノチューブの合成に使用された最初の方法でした。端と端をつないだ 2 本のカーボンロッドをアーク蒸発させて、カーボンナノチューブを形成します。これは単純な方法ですが、カーボン ナノチューブをさらに蒸気やすすから分離する必要があります。

レーザーアブレーションは、高温でパルスレーザーと不活性ガスを組み合わせます。パルスレーザーはグラファイトを蒸発させ、蒸気からカーボンナノチューブを形成します。アーク放電法と同様に、カーボンナノチューブはさらに精製する必要があります。

カーボンナノチューブの利点

カーボンナノチューブには、次のような貴重でユニークな特性が数多くあります。

• 高い熱伝導率と電気伝導率
• 光学特性
• 柔軟性
• 剛性アップ
• 高い引張強度 (単位重量あたり鋼の 100 倍の強度)
• 軽量
• 導電率の範囲
• 操られても強い

これらの特性を製品に適用すると、大きな利点が得られます。たとえば、ポリマーに使用すると、バルク カーボン ナノチューブは、製品の電気的、熱的、および電気的特性を向上させることができます。

用途と用途

今日、カーボン ナノチューブはさまざまな製品に応用されており、研究者は創造的な新しい応用を探求し続けています。

現在のアプリケーションは次のとおりです。

• 自転車部品
• 風力タービン
• フラットパネルディスプレイ
• 走査型プローブ顕微鏡
• センシングデバイス
• マリン塗料
• スキー、野球のバット、ホッケースティック、アーチェリーの矢、サーフボードなどのスポーツ用品
• 電気回路
• 長寿命のバッテリー
• エレクトロニクス

将来の用途 カーボンナノチューブには以下が含まれる場合があります。

• 服装（防刃・防弾）
• 半導体材料
• 宇宙船
• 宇宙エレベーター
• ソーラーパネル
• 癌治療
• タッチスクリーン
• エネルギー貯蔵
• 光学
• レーダー
• バイオ燃料
• LCD
• 超顕微鏡試験管

現在、製造コストが高いため商用利用が制限されていますが、新しい製造方法や用途の可能性は心強いものです。カーボン ナノチューブの理解が深まるにつれて、その用途も拡大していきます。カーボン ナノチューブには、重要な特性が独自に組み合わされているため、日常生活だけでなく、科学的調査や医療にも革命をもたらす可能性があります。

カーボンナノチューブの健康リスクの可能性

CNT は、長期的な歴史がほとんどない非常に新しい素材です。ナノチューブが原因で病気になった人はまだいませんが、 科学者は、ナノ粒子を扱う際の注意を説いています .人間には、煙の粒子などの有毒で異物の粒子を処理できる細胞があります。ただし、特定の異物が大きすぎたり小さすぎたりすると、体がその粒子を捕捉して処理できない場合があります。これはアスベストの場合でした。

潜在的な健康リスクは心配する必要はありませんが、カーボン ナノチューブを扱ったり作業したりする人は、曝露を避けるために必要な予防措置を講じる必要があります。