グラフェンシートの厚さについて

グラフェンは、科学史において画期的な発見とされ、今後もさまざまな分野での応用が期待される。

グラフェンシートの基本：炭素原子の数に着目した薄さ

グラフェンは、炭素原子が2次元平面状に配列した極めて薄いシート状の物質である。その厚さは炭素原子1個分、すなわち約0.3ナノメートル（nm）である。

この超薄型構造は、炭素原子が六角形の格子を形成しながら互いに強固な結合を持つことで実現している。この特徴的な構造により、グラフェンは驚異的な物性を備えている。たとえば、その強度は鉄の約200倍であり、かつ柔軟性と伸縮性にも優れる。

また、光の98%以上を透過し、優れた電気伝導性を持つ。これらの性質は、次世代の材料としてのポテンシャルを秘めている理由である。

1平方メートルのグラフェンシートの重量は0.77ミリグラム程度と非常に軽く、猫のヒゲよりも軽い。この極薄かつ軽量なシートが、現代の材料科学を再定義しつつある。

グラフェンの存在は1947年には理論的に予測されていたが、実際にその構造を単独で取り出す技術が存在せず、長らく実用化は困難とされてきた。

しかし、2004年、マンチェスター大学のアンドレ・ガイム博士とコンスタンチン・ノボセロフ博士が、驚くほど単純な方法でグラフェンの単層を分離することに成功する。それは、鉛筆の芯（グラファイト）の表面をセロハンテープで剥がし、何度も貼り付けと剥がしを繰り返すというものだった。

この簡便な方法は、グラファイト表面にある最も薄い層、すなわちグラフェンの単層を残すことに成功し、同年に学術論文として発表された。この発見により、二人は2010年にノーベル物理学賞を受賞した。セロハンテープという身近な道具が、科学技術の歴史を変えた象徴的な出来事である。

グラフェンの特性は、次世代の材料としての期待を集める理由である。強度が鉄の200倍であるため、航空宇宙産業や建設分野において軽量かつ高強度な材料としての応用が期待されている。

また、柔軟性が高いため、折り曲げ可能な電子機器やウェアラブルデバイスの開発にも貢献できる可能性がある。

グラフェンは優れた電気伝導性を持つことから、次世代の電池やエネルギー貯蔵デバイスの効率を大幅に向上させる可能性がある。さらに、その透明性は、透明なタッチパネルやディスプレイ技術への応用が考えられている。

グラフェンの特性は非常に優れているが、その大量生産には依然として課題が存在する。高品質のグラフェンを大量に生産するには高度な技術が必要であり、コストが高くなる傾向がある。また、応用可能な形状やサイズに加工する技術も発展途上である。

しかし、研究が進むにつれて、グラフェンの製造コストが下がり、実用化が進むことが期待されている。特に、カーボンナノチューブやフラーレンなどの炭素材料と組み合わせることで、より革新的な応用が可能になるかもしれない。

解答と解説: 正解は「2. 0.3nm」。グラフェンの厚さは炭素原子1個分であり、約0.3ナノメートルである。

解答と解説: 正解は「2. セロハンテープ」。ガイム博士とノボセロフ博士はセロハンテープを使用して、グラフェンを単離することに成功した。

解答と解説: 正解は「3. 電気伝導性が低い」。グラフェンは非常に高い電気伝導性を持つため、この記述は誤りである。

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