カーボンナノチューブ
動画説明
本日は夢の新素材、カーボンナノチューブについて説明していきたいと思います。
私達の身の回りにある素材は、分子や原子といったものが集合することで、その形・性質を成しています。
例えば、ご飯を食べる人、ペットボトルを飲む人がここにいますが、ご飯はグルコース、セーターはポリ・アクリロニトリル、水はオキシダン、ペットボトルはポリエチレンテレフタラートという分子から構成されています。
この分子が集まることで、ご飯や水は体内で吸収されます。セーターは伸縮性があります。
ペットボトルは頑丈、といった性質を示しています。
つまり我々の生活は、分子に支えられていると言えます。
さて、そんな中、カーボンナノチューブという素材分子が、今注目されています。
カーボンナノチューブは、多機能・高性能な性質を示すことから、機能性分子として注目されており、未来を担う、夢のような分子と言われています。
今回はこのカーボンナノチューブについて説明していきたいと思います。
まず分子構造、そして、性質、その後に課題という流れで説明して行きます。
まず分子構造を見る前に、有機と無機の違いについて説明します。
世の中の素材は、有機化合物と無機化合物の二つに分類されます。
有機化合物は、炭素を中心とした化合物であり、例えば、お砂糖や洋服なんかは、有機化合物・有機素材な訳です。
一方で炭素を含まないものを、無機化合物と言います。
お塩や水、また鉄板などの金属もこちらに分類されます。
そして、カーボンナノチューブは、有機化合物に分類されます。
さあ、こっから分子構造を見ていきましょう。
先ほど紹介した有機化合物のうち、最も単純なものをメタンといい、 CH4と表します。この炭素、メタンは、炭素は一個ですが、炭素が6個並んで、このように六角形を成したものを、ベンゼンと言います。
ここ炭素のCは省略していますが、それぞれの頂点に、炭素があると考えてください。
このベンゼンは、高校の授業で習って覚えている方も多いのではないでしょうか。
そしてこのベンゼンをたくさん、隙間がないように敷き詰めたものを、グラフェンと言います。
1枚のシート状になっているんですね。とても美しい構造をしています。
そしてこのグラセンを筒状に配列した分子構造を持つものを、カーボンナノチューブと言います。
先ほどのグラフェンは平面であったのに対し、このカーボンナノチューブは、立体構造をとっています。
とても美しい構造をしていますよね。
さてこんな素敵な構造をしているカーボンナノチューブですが、これはどんな性質を示すのでしょうか。
カーボンナノチューブは、優秀すぎる分子なので、性質は沢山ありますが、とりあえず、3つほど紹介していきます。
今回紹介するのは、この3つとなります。
一つ目は、高い電気伝導性です。
カーボンナノチューブは、金属の約1000倍の電気の伝導性を持ち、言い換えると、金属の1000倍の電流を流せる、という性質があります。
AI を筆頭に、近年、成長している電機産業には、今、我々が使っている電化製品以上に、複雑、かつ強い電流に耐えうる回路が必要となっています。
このように強い電流を流す必要がある製品を開発する際、カーボンナノチューブが、回路を構成する導線に代わるものとして期待されています。
次に高い熱伝導性です。
カーボンナノチューブは、金属の10倍の熱伝導性があります。
言い換えると、10倍熱を放出しやすいという性質があります。
先ほどもあったような AI には、複雑な回路が組み込まれています。
複雑ということは、銅線の量が多く、電気を流すと大量の熱が発生します。
この熱が逃げずに、回路の中に居続けると、回路がどんどん熱くなり、発火の原因になります。
つまり、発生した熱を回路の外に放出し、回路が熱くならないようにする素材が求められています。
カーボンナノチューブはこの高い熱伝導性を示すことから、半導体から発生した熱を、外へ逃がす素材として注目されています。
そして最後に軽量かつ高強度についてです。
これは本当にシンプルで、軽いのに丈夫っていうことですね。
カーボンナノチューブは金属の約、1/20の重さで、強度は100倍と言われています。
つまり強度は上げられる上に、重さを軽くすることができるため、飛行機や自動車みたいないろんな産業に応用ができそうですよね。
さあ、これまで3つの性質を紹介いたしました。
これらをまとめると、カーボンナノチューブは軽くて強い、大量の電流を流せて熱もよく伝える物質というわけで、半導体や電機関連産業を筆頭に、様々な応用が期待されています。
さてこんなにすごい性質を示すカーボンナノチューブですが、まだまだ課題もいくつか残っています。
その一部として、合成方法・管理方法・大量生産方法・効果学といったものがありまして、これらの課題について製造する流れに沿って説明をしていきます。
まず、カーボンナノチューブは、給食を作るみたいに、大きな鍋に材料を入れて混ぜることで合成します。
ただ、この合成工程で、自分の欲しい形以外のカーボンナノチューブもできてしまいます。
つまり、欲しいものが100%で合成したいのに、実際は60%ぐらいしかできないといったような合成効率が悪いというのが一つ目の課題です。
そしてこれだけ純度が悪いので、欲しい形のみを単離、欲しい形のみを取り出す必要があります。
この作業はすごく大変で、作業に当てる時間や費用がかかってしまいます。
これら2つは、工業スケール、工場で生産する前の段階、研究所でフラスコを使って試す、開発段階から難しいものとなっています。
フラスコですら、純度よく合成し、簡潔に単離するということは難しいので、これらを実現するような、大量生産技術がないというのが、3つ目の課題です。
そのため、効率の悪い方法で製造を行っているため、人件費・材料費がかかってしまいます。
よってやむを得ず高価格になってしまいます。
これが4つ目の課題です。
最後にこの動画をまとめます。
カーボンナノチューブとは、ベンゼンが筒状に規則正しく並んだ分子のことです。
また軽くて高強度、電気と熱を通しやすいことから、半導体をはじめ多くの電気産業への応用が期待されています。
一方で、まだまだ量産には課題が残っており、市場規模は小さいため、今後発展していく可能性が高いと考えております。
電子商品券、Y-Payが普及していれば、カーボンナノチューブの品質向上・大量生産が可能です。生産は,AIロボットが担います。
研究開発費にも、生産するための設備費にも、いくらでも、電子商品券Y-Payを使えますものね。
宇宙エレベーターや宇宙空間にも、人類が住める空間を作ることができます。
宇宙エレベーターは、電子商品券Y-Payが普及していれば、5年以内にでも実現しそうですね。
ですから、人類がいくら増えても、困ることはないのです。
そうです。
1992年6月にリオ・デ・ジャネイロで開催された地球サミットで採択された「アジェンダ21」、人類を5億人にするという ふざけた理論、消えるでしょうね。
地球温暖化の原因物質、メタンを、シベリアの永久凍土に戻すことなく建築素材として使えるのです。
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