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グラフェン

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1: 2016/02/27(土) 08:19:02.95 ID:CAP_USER.net
機構報 第1168号:グラフェンによる超潤滑現象の観察とメカニズム解明に成功
http://www.jst.go.jp/pr/info/info1168/index.html


ポイント
物質間の摩擦が非常に低い“超潤滑現象”を炭素薄膜(グラフェン)と金を用いて世界で初めて観察し、そのメカニズムを解明した。
グラフェンを表面にコーティングすることにより、機械部品同士の摩擦を低く抑えられる技術の実現が期待できる。
ナノ領域で部品間の摩擦力が極端に増すナノマシーンへの応用が期待される。


JST 戦略的創造研究推進事業において、バーゼル大学 物理学科の川井 茂樹 シニアサイエンティストは、
炭素原子一層の薄膜であるグラフェンナノリボン(帯状構造)と金の表面間に生ずる超潤滑現象の観察ならびにそのメカニズム解明に世界で初めて成功しました。

通常、材料間の接触面ではそれぞれの材料を構成する原子が互いに吸着する方向に動いて位置合わせを行い、それが摩擦力の増加となります。
しかし、炭素薄膜は構成している炭素原子間の結合力が非常に高く、原子は殆ど動きません。
このため接触面での原子の位置合わせが行われず、炭素薄膜表面では、非常に小さな摩擦しか起きないことが理論上推定されていました。
しかし、現象の直接観測と材料双方の原子構造が明らかな試料を得ることが難しいためそのメカニズムはわかっていませんでした。

本研究では、炭素原子同士の結合が直接観察できる新しい顕微鏡技術を確立するとともに、グラフェンナノリボンを原子構造が明らかな状態で金の基板上に作成する技術を開発し、直接観測とそのメカニズム解析に成功しました。
グラフェンナノリボンを構成している炭素原子間の結合力が非常に高いため、金と接触している炭素原子はほとんど動かず、摩擦力が極端に低くなることを実験で証明すると共に、その実験結果と“超潤滑現象”を表す計算結果が一致する事を明らかにしました。

将来的に、炭素薄膜を用いたコーティング材の実現により、部品同士の摩擦により発生する熱や磨耗が押さえられる、エネルギー損失を抑えた機械部品の実現につながることが期待できます。

研究成果は、2016年2月26日(米国時間)の科学誌「Science」のオンライン速報版で公開されます。

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引用元: 【観測技術/ナノテク】グラフェンによる超潤滑現象の観察とメカニズム解明に成功 超低摩擦表面コーティング技術の実現に期待

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1: 2015/12/14(月) 12:32:06.97 ID:CAP_USER.net
電子・正孔対が作る原子層半導体の作製に成功-グラフ... | プレスリリース | 東北大学 -TOHOKU UNIVERSITY-
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2015/12/press20151211-02.html
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20151211_02web.pdf


東北大学原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の菅原克明助教、一杉太郎教授、高橋隆教授、同理学研究科の佐藤宇史准教授らの研究グループは、グラフェンを超える電子デバイスへの応用が期待されているチタン・セレン(TiSe2)原子層超薄膜の作製に成功しました。

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引用元: 【材料科学】電子・正孔対が作る原子層半導体の作製に成功 グラフェンを超える電子デバイス応用へ道

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1: 2015/09/03(木) 12:30:00.24 ID:???.net
共同発表:大容量の蓄電が可能な「リチウム空気電池」用電極材料の開発~ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵~
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/index.html

画像
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu1.jpg
図1 リチウム空気電池とその予想されている反応メカニズム
(a) リチウム空気電池の動作原理。
(b) コイン型電池を用いた実物大のリチウム空気電池の写真。
(c) ナノ多孔質グラフェン電極上の化学反応の様子と表面で行われているとされる化学反応式。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu2.jpg
図2 RuO2ナノ粒子を挟んだナノ多孔質グラフェン電極
(a) RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだナノ多孔質グラフェンを電極として用いた50サイクル充電前の走査型電子顕微鏡(SEM)像。円盤状の過酸化リチウムが生成していることが確認できた。
(b) RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだナノ多孔質グラフェンを電極として用いた50サイクル充電後の走査型電子顕微鏡(SEM)像。
(c) 充電試験後のナノ多孔質グラフェン電極の透過型電子顕微鏡(TEM)像。100-300nmの孔サイズを持つ。2-3層のグラフェンに覆われた5nmのRuO2ナノ粒子が壊れずに存在している
ことが確認できた。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu3.gif

図3 RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだ窒素ドープナノ多孔質グラフェン電極を用いたリチウム空気電池の充放電特性の試験結果
実験条件:1.0M(モル濃度)LiTFSI/TEGDME(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド/トリエチレングリコールジメチルエーテル)、電流密度400mA/g、電気容量2000mAh/g。


ポイント
リチウムイオン電池の6倍以上の電気容量を持ち、100回以上繰返し使用が可能な「リチウム空気電池」の開発に成功した。
高性能な多孔質グラフェンと触媒により長寿命と大容量を実現。
1回の充電で500km以上の走行が可能な電気自動車の実現を視野に。


JST 戦略的創造研究推進事業の一環として、東北大学 原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の陳 明偉 教授らは、3次元構造を持つナノ多孔質グラフェン注1)による高性能なリチウム空気電池注2)を開発しました。

現在の電気自動車に使われているリチウムイオン電池の電気容量では、200km程度しか走行できず、走行距離を飛躍的に伸ばすために新しいタイプの大容量の蓄電池の開発が望まれています。

近年、注目されている新しい二次電池の中に「リチウム空気電池」があります。この電池はリチウムイオン電池とは異なり、正極にコバルト系やマンガン系の化合物を用いることなく、リチウム金属、電解液と空気だけで作動し、リチウムイオン電池の5~8倍の容量を実現できるとされています。

陳教授らはこのリチウム空気電池の正極に新たに開発した多孔質グラフェンを使用し、電極の単位重量あたり2000mAhの大きな電気エネルギーを持ち、かつ100回以上の繰返し充放電が可能なリチウム空気電池の開発に成功しました。正極に使用した多孔質グラフェンは、グラフェンの持つ電気伝導性に加えて、大きな空隙を持つことから、大容量の電極材料となりうることに着目したものです。現時点では、少量の貴金属を触媒に使用し、また、充電時の過電圧が大きいなどの課題は残りますが、実験結果を電気自動車の走行距離に換算すると充電1回あたりで500~600kmの走行に相当する結果が得られました。今後、さらなる改善を行うことで実用的な電気容量と寿命への到達が期待されます。本研究成果は、2015年9月1日(ドイツ時間)に「Advanced Materials」でオンライン公開されました。

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引用元: 【触媒化学】大容量の蓄電が可能な「リチウム空気電池」用電極材料の開発 ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵 東北大

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1: 2015/06/18(木) 18:36:47.67 ID:???.net
史上最薄の「電球」が誕生、厚みは原子1個分 | ナショナルジオグラフィック日本版サイト
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/15/061700147/

画像
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/15/061700147/01.jpg
発光するグラフェン。米国と韓国の研究者チームによる発見を表現したイラスト。(ILLUSTRATION FROM YOUNG DUCK KIM, COLUMBIA ENGINEERING)


 電球がまたひとつ大きな進化を遂げた。厚みが炭素原子1個分で、最高レベルの強度を持つシート状の物質「グラフェン」を使った光源が誕生したのだ。

 純粋な炭素からなる物質から、柔軟性が高く透明な光源を作ることに成功したのはこれが初。将来的には半導体チップの電子回路の代わりに光を利用する技術の開発も期待されており、これが実現すればコンピューターも大きく変貌するかもしれない。

「われわれが作りだしたのはいわば世界でもっとも薄い電球です」と、論文の共著者である米コロンビア大学工学教授のジェームズ・ホーン氏は語る。今回の成果は、韓国の研究者と米コロンビア大学のチームによって、6月15日に学術誌『Nature Nanotechnology』のウェブサイトに発表された。

 日進月歩の電球の世界において、今回の発明はひときわ注目に値する。トーマス・エジソンが百年以上前に発明した白熱電球は近年、人々の生活から姿を消しつつあり、市場の需要は、エネルギー効率がはるかにすぐれた電球形蛍光灯やLED(発光ダイオード)に移っている。(参考記事:「ノーベル物理学賞、青色LEDの革命」)

 企業も新製品を続々と投入している。米ファイナリー・ライト・バルブ社は、電磁誘導の技術を応用して、エネルギー効率が高く暖かみのある光を放つ「アカンデセント」という電球を開発した。また、米アルキル社は、バックライトが不要なポータブル有機EL照明を販売している。

 さらに今年後半には、従来のLEDよりも寿命が長くエネルギー消費の少ない、グラフェンでコーティングされたLEDが発売される。これは英国のマンチェスター大学が開発したものだ。この製品はしかし、純粋な意味でのグラフェン電球ではない。

「こうした製品では、周辺部の熱を逃がしやすくするためにグラフェンを利用しています。われわれの研究が実現したのは、グラフェン自体からの発光です」と言うのは、今回の研究のリーダーを務めたコロンビア大学の博士研究員キム・ヤンダック氏だ。(参考記事:「アメリカで激化するLED電球開発競争」)

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ダウンロード (1)

文=Wendy Koch/訳=北村京子

引用元: 【技術】「グラフェン」を使った史上最薄の「電球」 コンピューターを一変させる可能性も 米国と韓国の研究者チーム

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1: 2015/05/10(日) 10:20:44.99 ID:???.net
◆カーボンナノチューブ入りの水を吹きかけられたクモが地球上最高強度のクモの糸を生成

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「クモの糸」は鋼鉄より高い引っ張り強度・靱性(じんせい)・ヤング率をもち、天然物質で最高の強度を持つと言われています。
一方で、人工物質で最高レベルの強度を誇るのが高機能材料として近年、注目を集めるカーボンナノチューブやグラフェンです。

これらの天然最強物質と人工最強物質を混ぜ合わせたら一体どうなるのかという素朴な疑問を試すべく、イタリアの科学者がグラフェンやカーボンナノチューブを混ぜた水をクモに拭きかけたところ、史上最高強度のクモの糸が誕生しました。

イタリアのトレント大学のニコラ・マリア・プーニョ教授らの研究チームは、天然物質では最高レベルの強度を誇るクモの糸の強度をさらに向上させるために、グラフェンやカーボンナノチューブを混ぜ合わせればよいのではないかと考えました。
そこで、プーニョ博士らはイタリアに生息するユウレイグモに、グラフェンやカーボンナノチューブを混ぜた水を吹き付けてみるというストレートな手法を採りました。

グラフェンとカーボンナノチューブのいずれが強度アップに有効なのかを調べるために、ユウレイグモを5匹ずつ採取して実験したところ、いずれの物質を混ぜた場合でも強度が大幅に向上しました。
より強度が増したのはカーボンナノチューブ添加水吹きつけ時で、その強度は天然物質最強のオーブスパイダーのクモの糸の約3.5倍、ヤング率は47.8GPに到達したとのこと。
この数値はこれまで生まれたあらゆる天然物質の中で最高の強さであり、現在、最強の合成繊維の一つである「ケブラー49」を上回る靱性を持つことから、地球上最強の繊維が誕生したということになります。

写真:http://i.gzn.jp/img/2015/05/09/graphene-carbon-nanotube-spider-silk/a01.png

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GIGAZINE(ギガジン) 2015年5月9日18時0分
http://news.livedoor.com/article/detail/10093483/

引用元: 【材料】カーボンナノチューブ入りの水を吹きかけられたクモから「ケブラー49」を上回る地球上最強の繊維が誕生

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1: 2015/02/07(土) 22:01:24.78 ID:???.net
掲載日:2015年2月6日
http://gigazine.net/news/20150206-silicene/

画像1
By Argonne National Laboratory
https://farm8.staticflickr.com/7339/9950452896_b6aac9e2eb_z.jpg

 半導体材料として一般的なシリコンに取って代わる次世代半導体材料の研究が世界中で進められており、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素系材料が有力視されています。しかし、シリコンに代わるものはシリコンとばかりに、シリコン原子が原子1個分の極薄状態に2次元構造をとる新素材「Silicene」も対抗馬として名乗りを上げています。

Silicene field-effect transistors operating at room temperature : Nature Nanotechnology : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2014.325.html

One-Atom-Thin Silicon Transistors Hold Promise for Super-Fast Computing | News
http://www.utexas.edu/news/2015/02/03/silicon-silicene-transistors/

One-atom-thin silicene transistors may lead to dramatically faster computer chips
http://www.gizmag.com/silicene-thin-silicon-transistor/35919/

 原子数個分の厚みしか持たない超極薄材料「二次元機能性材料」は、優れた物理特性を持つものが多く、炭素原子で構成されるグラフェンやリン原子で構成される黒リンナノシートなどが開発され、最先端のナノテクノロジーの1つとして注目されています。

画像2
シリコンの100倍の電子移動度を持つ「グラフェン」の新合成方法発表 - GIGAZINE
http://gigazine.net/news/20140408-samsung-electronics-graphene/

画像3
黒リンを極薄ナノシートに分離する技術が登場、次世代電子デバイス材料の期待が高まる - GIGAZINE
http://gigazine.net/news/20150113-black-phosphorous-nanosheet/

 中でも2010年に発見されたシリコン原子が原子1個の厚みで結合した「Silicene」は、次世代半導体材料としてグラフェンに負けず劣らず期待されています。Siliceneはグラフェンと似た六角形のハニカム構造をとりながら結合するものの、結合する「腕」同士が屈曲した立体構造をとる点で平面構造のグラフェンとは異なっており、スピンホール効果、超伝導性、巨大な磁気抵抗などの優れた特性を持つと考えられています。しかし、Siliceneはグラフェンと異なり空気にさらされると不安定になることから、極めて扱いにくい素材としても知られており、予想される優れた特性を検証したり応用したりする実験がなかなか進展していませんでした。

続きはソースで
<参照> 
One-Atom-Thin Silicon Transistors Hold Promise for Super-Fast Computing | News 
http://www.utexas.edu/news/2015/02/03/silicon-silicene-transistors/ 

Silicene field-effect transistors operating at room temperature : Nature Nanotechnology : Nature Publishing Group 
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2014.325.html

no title


引用元: 【半導体】超高速コンピュータ誕生の可能性を秘めた原子1個分の極薄シリコン系材料「Silicene」 初のトランジスタ作成に成功

超高速コンピュータ誕生の可能性を秘めた原子1個分の極薄シリコン系材料「Silicene」 初のトランジスタ作成に成功の続きを読む
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