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カーボンナノチューブ

1991
  • Sumio Iijima
原子間力顕微鏡でカーボンナノチューブを操作する研究者。.

(画像はイメージです)

カーボンナノチューブ(CNT)は、単層炭素原子のシートを巻き上げた円筒形の分子です(グラフェンカーボンナノチューブ(CNT)は、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)または多層カーボンナノチューブ(MWCNT)に分類されます。その特性は、非常に優れており、100 GPaを超える引張強度、高い電気伝導率、高い熱伝導率などが挙げられます。電子的な挙動(金属的または半導体的)は、カイラリティ、すなわちグラフェン格子の巻き上げ角度によって決まります。

The structure of a carbon nanotube is key to its remarkable properties. A single-walled carbon nanotube (SWCNT) can be conceptualized by taking a sheet of graphene and rolling it into a seamless cylinder. The way the sheet is rolled is defined by a chiral vector, [latex]vec{C}_h = nvec{a}_1 + mvec{a}_2[/latex], where [latex]vec{a}_1[/latex] and [latex]vec{a}_2[/latex] are the graphene lattice vectors and (n, m) are integers. This chiral vector dictates the nanotube’s diameter and its electronic properties. If n = m, the nanotube is called “armchair” and is always metallic. If n – m is a multiple of 3, the nanotube is a narrow-gap semiconductor or quasi-metallic. Otherwise, it is a moderate-gap semiconductor. This extreme sensitivity of electronic properties to subtle structural changes is a unique feature of CNTs.

多層カーボンナノチューブ(MWCNT)は、ロシア人形のように入れ子になった複数の同心円状のグラフェン円筒から構成されています。一般的に、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)よりも製造が容易で安価ですが、壁間の相互作用により、より複雑な特性を持ちます。その機械的強度は卓越しています。強力なsp²炭素-炭素結合により、CNTはこれまで発見された中で最も硬く強い材料の一つとなり、ヤング率は1 TPaを超え、引張強度は最大100 GPaに達し、鋼鉄をはるかに凌駕します。チューブ軸方向の熱伝導率もダイヤモンドを超えることがあります。これらの特性により、複合材料の強化剤として理想的です。しかし、マトリックス内での均一な分散を実現すること、および単一の特定のキラリティを持つCNTを大規模に製造することには課題が残っており、純度が最優先される電子機器分野での応用が制限されています。

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

材料

混乱

革命的

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • 1985年にフラーレン(C60)が発見された。
  • カーボンナノチューブの存在と安定性に関する理論的予測
  • アーク放電およびレーザーアブレーション合成技術の開発
  • 高解像度透過型電子顕微鏡(HRTEM)によるイメージングの進歩

アプリケーション

  • 高強度複合材料(例:自転車のフレーム、自動車部品)における添加剤
  • タッチスクリーンや電子機器用の導電性フィルム
  • 原子間力顕微鏡(AFM)プローブ用チップ
  • 電子機器冷却用熱界面材料
  • スーパーキャパシタおよびバッテリーの構成要素

特許:

  • US 5,747,161
  • US 6,683,783

潜在的なイノベーションのアイデア

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歴史的背景

カーボンナノチューブ

1984
1986
1986
1991
1995
2000
2004
1984
1985
1986
1990
1994
1997
2002
2015-09-14

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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