本年のノーベル物理学賞はグラフェンに カーボンナノチューブを追い越しての受賞が決定

本年のノーベル物理学賞はグラフェンが受賞した。炭素には、グラファイト、ダイヤモンド、そして無定形といわれる構造があることはよく知られるが、近年、これらの構造に加えて、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェンなどが話題に上ることが多くなった。

フラーレンの発見は、炭素原子が60こ集まってできたサッカーボールということで話題となり、その発見者は早々とノーベル賞を受賞した。コンピュータケミストリー(理論計算)を駆使してその存在を予言した大澤映二教授は残念ながらその栄光にあずかることはできなかった。

次に発見されたのがカーボンナノチューブであり、これは日本人が発見し、産業上の多くの利用が期待されている。発見者の飯島先生はノーベル賞に近いといわれながら、受賞はまだである。

グラフェンは、グラファイトの一層を取り出したものである。グラファイトは6角形の網の目状の炭素シートが規則正しく積層した化合物である。今回の物理学賞の受賞は、この積層したグラファイトの構造より、層を1層だけ取り出す方法を開発したことになる。2005年の製法の発見で2010年の受賞であるから、フラーレンをしのぐ異例の早さである。私としてはこの受賞の早さにはびっくりである。

なお、カーボンナノチューブはその発見から約20年を経過しているが、ノーベル賞はまだである。カーボンナノチューブの構造が、グラフェンが筒状となった構造である。

残すはカーボンナノチューブのノーベル賞のみとなった。本年受賞ののグラフェンと物性面で類似する部分もあるので、その予測は難しいところがある。


Asahi.com 10月6日

物理学賞「チャンス少し減ったかな」 飯島教授がっかり




 物質          発見年                   ノーベル受賞者など

フラーレン       1985年に発見         1996年に発見者のクロトーらにノーベル化学賞

カーボンナノチューブ 1991年に飯島澄男によって発見

グラフェン        2005年に製法の発見    2010年に発見者のガイムらにノーベル物理学賞
 


毎日jp 10月5日

ノーベル賞:英の2博士に 「グラフェン」開発 物理学

 スウェーデンの王立科学アカデミーは5日、10年のノーベル物理学賞を、炭素の新素材「グラフェン」を開発した英マンチェスター大のアンドレ・ガイム教授(51)=オランダ国籍=とコンスタンチン・ノボセロフ教授(36)=英、ロシア国籍=に授与すると発表した。授賞式は12月10日にストックホルムで開かれ、賞金1000万スウェーデン・クローナ(約1億2700万円)を両氏が分け合う。

 グラフェンは炭素が六角形につながったシート状の新素材で、厚みが原子1個分しかない。現在知られている素材の中で最も薄くて強く、銅と同程度の電気伝導性があり、熱伝導性も最も高い。

 ガイム氏らは04年、炭素の蜂の巣構造が何層も重なり、鉛筆の芯の材料として使われている「グラファイト」(黒鉛)に粘着テープを張ってははがす作業を繰り返して薄片をはがし、原子1個の厚みの層(グラフェン)を分離することに成功した。グラファイトが層状構造であることは古くから知られていたが、誰も単層に分けることができなかった。

 ごく薄い構造を持ったグラフェンは「驚異の物質」として、物理学や材料科学の分野で注目され、太陽電池や液晶ディスプレー、従来のシリコン製を上回る性能の半導体への応用が期待されている。


グラフェン(Wikipedia)

電気輸送、光学特性、スピン輸送、磁場効果、擬相対論の項目より成っている記事である。



カーボンナノチューブ(Wikipedia)

1991年、日本の飯島澄男(当時NEC筑波研究所。現NEC特別主席研究員、産業技術総合研究所ナノチューブ応用研究センターセンター長、名城大学大学院理工学研究科教授)によって、フラーレンを作っている途中にアーク放電した炭素電極の陰極側の堆積物中から初めてTEM(透過電子顕微鏡)によって発見された。記事はエレクトロニクス、構造材料などの項目より成っている。



飯島澄男(Wikipedia)

日本の物理学者および化学者。 文化功労者、日本学士院恩賜賞受賞者、文化勲章受賞者。

カーボンナノチューブの発見(1991年)と電子顕微鏡による構造決定の仕事にて、世界的に有名になった。金の原子がアメーバのように動く金超微粒子の“構造ゆらぎ”現象を発見(1984年)。ノーベル化学賞・物理学賞の有力候補とも見られている。



フラーレン(Wkipedia)

1985年に最初に発見されたのは、炭素原子60個で構成されるサッカーボール状の構造を持ったC60フラーレンである。この発見により、ハロルド・クロトー、リチャード・スモーリー、ロバート・カールは、1996年度のノーベル化学賞を受賞した。

C60フラーレンの発見は1985年であるが、それ以前に C60 構造の存在を予言していた学者がいる。豊橋技術科学大学の大澤映二は、1970年頃、ベンゼンが5つ集まって皿状になった「コランニュレン」という物質の構造がサッカーボールの一部と同じであることに気づいた。ここから、実際にサッカーボール状の C60 も存在しうると考え、考察の結果を邦文雑誌などに公表した。だが、これが掲載されたのは日本語の文献のみで、英語などでは発表していなかったため、欧米の科学者には知られることなく、ほぼ15年後に実在が確認される結果となった。



            


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この記事へのコメント

トライボロジスト
2012年12月16日 18:15
 島根県安来市に巨大な工場を構える日立金属が開発した新型冷間工具鋼 SLD-MAGIC(S-MAGIC)は微量な有機物の表面吸着により、金属では不可能といわれていた自己潤滑性能を実現した。この有機物の種類は広範囲で生物系から鉱物油に至る広い範囲で駆動するトライボケミカル反応を誘導する合金設計となっている。潤滑機械の設計思想を根本から変える革命的先端材料いうものもある。
 このトライボケミカル反応にもノーベル物理学賞で有名になったグラフェン構造になるようになる機構らしいが応用化の速度にはインパクトがある。
スウェーデン
2012年12月21日 18:51
 これって画期的ですよね。そのうちノーベル賞かも。
カーボンオフセット
2013年02月19日 21:15
 それにしても日立金属の高性能冷間工具鋼SLD-MAGICのトライボロジー特性は凄いですね。先月の、日刊工業新聞社の「プレス技術」で読みましたが、微量の油を塗ったセミドライ状態で、摩擦させると先端技術のDLCのような自己潤滑性(摩擦係数が下がる)が出るなんて。耐摩耗性もたかいのでコーティング費用分コストパフォーマンスがよく、耐荷重能も相当応力で2500MPaと高強度でベアリング・金型などのいろんな機械の転動・摩擦・摺動部品に使えそうだ。まさにノーベル賞級の発明だ。
金型屋
2013年03月18日 21:06
ふつう機械加工やっているところで難削材となるのはSKD11なんだけど、日立金属の工具鋼SLD-MAGICに変えると工具費が1/4~1/10になることが日刊工業新聞社の「プレス技術」に載っていた。画期的な材料だと思う。
潤滑油研究者
2013年05月29日 19:06
先日、その工具鋼の自己潤滑性とかいう話を日本トライボロジー学会で聞いたが、モリブデンとかカーボン、それにDLCコーティングなどの怪しげな論説とも整合し、油中添加剤の極圧効果にも拡張できる話は面白かった。ひらたくいえば世界初の本格的ナノマシンである分子性結晶が表面に自己組織化されて、滑りが良くなるということだ。
フリクション
2013年06月16日 17:21
 そのナノマシンってボールベアリング状の結晶構造を有する、グラファイト層間化合物というものらしいですね。グラファイト間に別の分子が規則正しく挿入されるメカニズムに興味を持っております。
パラダイムシフト
2013年06月18日 21:12
 これは機械設計革命の予兆だ。
塑性加工屋
2013年06月24日 17:48
そういうことだったのか。ハイテン用のプレス金型に広がっていて、カジリはなぜ抑えられるか業界中の謎だった。このようなナノメカニズムが働いていたんですね。
機械油屋
2015年03月08日 22:58
 トライボロジー特性が最近話題なんですね。
ナノベアリング研究者
2015年10月20日 18:20
 冶金研究所の久保田邦親博士らの開発されたものですね
ダイヤモンド理論が結構、反響を呼んでいるようですね。
自動車部品技術者
2017年02月13日 18:15
 日立化成はどこかで終わっている。
トライボシステム展望(well-to-wheel)
2017年03月19日 13:37
 やっぱり産業機械の国の競争優位性は境界潤滑をどう制御するかにかかっていて
ドイツ車のダウンサイジングの嵐も、結局ピストンピンにDLCだった。しかしこれは違う。潤滑システムを見直せと言っている。自分の担当の部品だけに固執して表面硬度
をガンガン上げて、相手材を破壊したり、循環システム全体にナノダイヤをまき散らすのは良くないといっているのだ。つまりドイツ方式の部分最適化ではなく全体でドイツを上回るエンジンを作れる展望を示しているのだと思う。
境界潤滑革命
2017年03月27日 19:24
日立の社会イノベーション戦略が見えてきた。驚くのはハード面で
あり、ベアリング構造の産業インフラをナノ結晶へ置換し、摩擦損失を30%減らすというものだ。CCSCとかGICとかでてくるが詳くは、いかのURLの特殊鋼の論文を参照されたし。

http://www.hitachi-metals.co.jp/rad/pdf/2017/vol33_r03.pdf
低フリクション
2017年04月01日 08:18
 機械部品産業にも朗報で、自動車の省燃費化にも応用されそうですね。
某職員
2017年05月11日 18:48
 わたしも水素脆化説よりはこちらのほうがエビデンスをしめしているので大いに期待されると思います。応援がすくないので広めています。
 「いい」「わるい」のメカニズムがグラファイトとダイヤモンドという真逆の物性を持った同素体でそのメカニズムが語られ、その判定もラマン分光で明瞭な判定ができるからです。
テスト
2017年06月30日 09:19
硬いマルテンサイト同士をオイルを介して摩擦させると本当にダイヤモンドピークがでますね。

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