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グラフェン

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1: 2017/12/19(火) 23:50:07.50 ID:CAP_USER
軽くて薄く、そして強靱な素材として知られるグラフェン。この2次元の原子シートを用いることで無尽蔵にエネルギーを得られる可能性があることが、米大学の研究で明らかになった。鍵を握るのは、グラフェンの「ゆらぎ」だ。

ミクロの世界は、われわれを「ゆらぎ」の世界へといざなってくれる。液体の中にある微粒子を顕微鏡で見てみると、それらは生物のようにゆらゆらと不規則にうごめいて見えるはずだ。その理由は、熱運動する原子や分子が、溶媒中の微粒子と常にぶつかり合っているからだという。

この無尽蔵の「ゆらぎ」は、もしかすると人類に究極のクリーンエネルギーを提供してくれる鍵となるかもしれない。米アーカンソー大学の物理学者チームが、グラフェンの持つ特徴的な「ゆらぎ」から、エネルギーを取り出すことができるという強力な証拠を発見したのだ。

■2次元グラフェンの存在を可能にする「ゆらぎ」

鉛筆の芯の材料であるグラファイト(黒鉛)から生まれたことで知られるグラフェンは、軽くて薄く、そして強靱なことから「夢の素材」とも称される。これは蜂の巣のような六角形の構造が規則正しく平面上に繰り返された、2次元の原子シートである。ところがグラフェン自体、そもそも物理的に存在不可能な構造であるはずなのだという。

「グラフェンのように原子1個分の厚みをもつ平坦な素材とは、本質的にとても不安定で、超低温でも溶融してしまうはずなのです」と、米アーカンソー大学の物理学者ポール・ティバード教授は『WIRED』日本版の取材に説明する。これは「マーミン=ワグナーの定理」として知られている。「ですから、2004年のグラフェン発見は非常に驚くべきことでした」

ティバードをはじめとする研究チームは、2010年より“規格外の物質”であるグラフェンが存在しうる物理学の抜け穴を探し続けてきた。その結果、グラフェンは完全に平坦ではありえないことがわかってきたという。「2次元の素材は、存在するために波形で構成されていなければならないはずです」と、ティバードは言う。それも静止した状態ではなく、常に動き回るダイナミックなそれだ。つまりグラフェンは、熱運動により常に「ゆらいで」いるのである。

「この動きをブラウン運動といいます。実際にわたしたちの目でグラフェンの表面を見ることができたとすれば、海の表面のようだと形容できることでしょう。それらの波は不規則に上下したり、周期的に動いたりし、ときには表面を横切る“はぐれ波”のようなものもあります」

彼らは、走査トンネル顕微鏡を用いた実験と、シミュレーションを用いた理論的研究を経て、原子1個分のスケールでグラフェンの上下運動を監視できる技術を開発。まるで海面で上下するブイのように動くグラフェンの高さと時間データセットから速度を計算し、速度分布率を作成した。

するとこのデータから、グラフェンは思いもよらないスピードで上下していることがわかった。それらの動きはブラウン運動の「ゆらぎ」に加えて、さらに大きい高さをもつものだった。物理学ではこの現象をレヴィ飛翔と呼んでいるが、この非常に珍しい現象が、グラフェンでは毎秒何百回も起こっていたのだという。

「この謎を解明するのがわれわれのブレークスルーの鍵でした」と、ティバードは説明する。「最先端の分子動力学シミュレーションによって、グラフェンは単に振動しているだけではなく、波形に湾曲したグラフェンが凸面から凹面に反転することがわかったのです」

続きはソースで

https://wired.jp/2017/12/19/energy-from-graphene/
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引用元: 【ナノテク】二次元材料グラフェンから無尽蔵のクリーンエネルギーを取り出せる可能性 

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1: 2017/04/11(火) 13:12:42.13 ID:CAP_USER9
マンチェスター大学の研究グループは、酸化グラフェン膜を用いて海水をろ過し、飲用水にする技術を開発したと発表した。酸化グラフェン膜を通すことによって、水に溶けた塩(NaCl)の97%を除去できることを実証したという。海水淡水化設備の簡易化、低コスト化につながる可能性がある。研究論文は、ナノテク専門誌「Nature Nanotechnology」に掲載された。

グラフェンは炭素原子がハチの巣状に結合した結晶構造をもっている。小さな分子はハチの巣状の炭素の網目を通過できるが、大きな分子は通り抜けられないため、グラフェンを分子の「ふるい」として使うことができる。あるいは、グラフェンを何層か積層させ、その層間にできる隙間を通過できる粒子と通過できない粒子にふるい分けする方法もある。

これまでの研究では、各種のナノ粒子や有機分子、分子量の大きな塩などについて、酸化グラフェン膜によるフィルタリングが可能であることが報告されていた。一方、海水に含まれている一般的な塩(NaClなど)に関しては、酸化グラフェン膜によるフィルタリングが困難であるとされてきた。水に浸すことによって酸化グラフェン膜がわずかに膨張する効果があり、層間距離が大きくなってしまうため、分子量の小さな塩が酸化グラフェン膜を通過してしまうためである。

研究チームは今回、水に浸した際の酸化グラフェン膜の膨張による影響を取り除き、塩のろ過を可能にするため、酸化グラフェン膜の層間距離を精密に制御する方法を開発した。

続きはソースで

http://n.mynv.jp/news/2017/04/11/088/images/001l.jpg
http://news.mynavi.jp/news/2017/04/11/088/
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引用元: 【科学】グラフェンで海水を飲用水に変える技術を開発 ©2ch.net

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1: 2016/10/14(金) 17:50:39.21 ID:CAP_USER
3次元集積化グラフェントランジスタの動作に成功-従... | プレスリリース | 東北大学 -TOHOKU UNIVERSITY-
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2016/10/press20161012-01.html
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20161012_01.jpg
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20161012_01web.pdf


東北大学大学院理学研究科・原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR)の田邉洋一助教、谷垣勝己教授と陳明偉教授は、高橋隆教授、阿尻雅文教授、伊藤良一准教授、菅原克明助教、北條大介助教、越野幹人准教授、東京大学理学系研究科の青木秀夫教授らと協力して3次元ナノ多孔質グラフェンを用いたグラフェントランジスタの3次元集積化に成功しました。
 
炭素原子一層からなる2次元シートであるグラフェンは優れたトランジスタ性能を示しますが、実用的な性能を得るには何千枚ものグラフェンを集積化し実用レベルまで性能を向上させる必要がありました。今回開発した厚みがあり多孔質を持つ3次元グラフェンをトランジスタに用いることで、集積してない2次元グラフェントランジスタの最大1000倍の電気容量を達成しました。
 
近年、携帯情報端末の普及や小型化・高性能化に伴い、省電力で軽量かつ高性能なデバイスの開発が求められています。

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引用元: 【電子工学/材料科学】3次元集積化グラフェントランジスタの動作に成功 従来比1000倍、軽量で省電力なデバイスに道 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/09/13(火) 18:12:32.55 ID:CAP_USER
【プレスリリース】新材料ゲルマネンの原子配置に対称性の破れ ― 省エネ・高速・小型電子デバイス実現に向けた素子開発へ道 ― - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/50105
https://research-er.jp/img/article/20160913/20160913173722.png


【発表のポイント】

•全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法を用いて、グラフェンのゲルマニウム版であるゲルマネンの原子配置の解明に成功
•ポストグラフェンとなる新材料ゲルマネンを利用した次世代電子デバイス開発に貢献


国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長 児玉敏雄、以下「原子力機構」)先端基礎研究センターの深谷有喜研究主幹らは、東京大学物性研究所(総長 五神真)の松田巌准教授らと高エネルギー加速器研究機構(機構長 山内正則、以下「KEK」)物質構造科学研究所の兵頭俊夫特定教授らのグループとの共同研究により、1)全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法を用いて単原子層状物質グラフェンのゲルマニウム版である 2)ゲルマネンの原子配置を決定しました。

ゲルマネンはポストグラフェンとして期待されるナノテクのための新材料です。ゲルマネンはグラフェンとは異なり自然界に存在しませんが、最近の金属基板上での合成の報告を契機に、世界中で精力的に研究されています。これまで、ゲルマネンの原子配置についてはいくつか提案はされていましたが、まだ実験的な構造決定の報告はありませんでした。今回本研究グループは、表面敏感なTRHEPD 法を用いて、アルミニウム基板上でのゲルマネンについて調べました。その結果、これまでの予想に反し、原子配置の対称性が破れていることが明らかになりました。今回、基礎となる原子配置がわかったことにより、ゲルマネンを用いた省エネ・高速・小型の新しい電子デバイスの設計・開発の促進が期待されます。

本研究成果は、9月8日に、英国物理学会(IOP)が発行する「2D Materials」誌のオンライン版に掲載されました。

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引用元: 【材料科学】新材料ゲルマネンの原子配置に対称性の破れ 省エネ・高速・小型電子デバイス実現に向けた素子開発へ道 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2016/07/01(金) 11:31:40.90 ID:CAP_USER
MIT、チェレンコフ放射によるグラフェンの電気-光変換現象を解明

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マサチューセッツ工科大学(MIT)らの研究チームは、グラフェン内部で電気を光に変換する新原理を解明した。チェレンコフ放射(荷電粒子の速度が媒質中の光速を超えるときに光が出る現象)を利用する。2016年6月13日付けの Nature Communications に論文が掲載されている。

チェレンコフ放射は、物質中を進む荷電粒子の速度がその物質中での光速を超えるときに光の衝撃波が生じる現象である。その仕組みは航空機が「音速の壁」を超えたときに生じる衝撃波(ソニックブーム)に類似している。天文学上の超高速の宇宙粒子や、高エネルギー加速器内などで見られる現象であり、通常の地上の技術でチェレンコフ放射が起きることはないと考えられてきた。

しかし、研究チームは今回、グラフェンの内部でチェレンコフ放射による発光が実際に起こりうることを理論的に明らかにした。

グラフェンに光を照射したとき、表面プラズモン効果により、真空中での光速度の数百分の1まで光が減速されることがある。

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グラフェン中でのチェレンコフ放射の概念図(出所:MIT)
http://sustainablejapan.net/app-def/S-102/wp/wp-content/uploads/2016/07/MIT.jpg
http://sustainablejapan.net/?p=6442

引用元: 【物理】グラフェン中で電子が「光速の壁」を超え、光の衝撃波(チェレンコフ放射)が発生…MITが解明 ©2ch.net

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1: 2016/05/17(火) 21:35:45.25 ID:CAP_USER
共同発表:「タンスの中」から「電池の中」へ~大環状有機分子から全固体リチウムイオン電池の大容量負電極が誕生~
http://www.jst.go.jp//pr/announce/20160514/index.html


東北大学 原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の磯部 寛之 主任研究者(JST ERATO磯部縮退π集積プロジェクト 研究総括、東京大学 大学院理学系研究科 教授)、佐藤 宗太 准教授と折茂 慎一 教授の共同研究グループは、全固体リチウムイオン電池注1)の新しい負電極材料を開発しました。

世界で初めて、「大環状有機分子がリチウムイオン電池負電極の好適材料となる」ことが示された研究成果です。この新しい分子材料(「穴あきグラフェン注2)分子(CNAP)」)は、汎用されている黒鉛(グラファイト)電極の2倍以上もの電気容量を実現し、その大容量は65回の充放電後にも保たれました。また、共同研究グループは、分子材料内に精巧につくりこんだ細孔が、大きな電気容量の秘密であることを解き明かしました。新材料のもととしたのは「ナフタレン注3)」。

防虫剤として良く知られた分子「ナフタレン」ですが、それを化学の力により「大容量電池のための材料」に変換できることが示されました。わが国が最先端の研究力を誇る有機化学の力により、近い将来、高性能電池のための分子材料が自在に設計されることを期待させる成果となります。

続きはソースで

 
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引用元: 【材料科学/有機化学】大環状有機分子から全固体リチウムイオン電池の大容量負電極が誕生 黒鉛負電極の2倍以上の電気容量を実現 [無断転載禁止]©2ch.net

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