将来は工業や医療に活躍か。天然ダイヤより硬い人工炭素「Qカーボン」誕生

将来は工業や医療に活躍か。天然ダイヤより硬い人工炭素「Qカーボン」誕生 1

小さな炭素物質に、大きな注目が集まっています。

炭素から成る鉱物、ダイヤモンド。きらきら輝く宝石として知られる一方で、天然に存在する物質のなかで最高の硬度の持ち主でもあります。今回、そんなダイヤモンドの硬度を上回る、新たな炭素構造「Qカーボン」が誕生しました。

Qカーボンの人工的な開発に成功したのは、ノースカロライナ州立大学で物質科学を研究するチーム。同じく炭素物質であるダイヤモンドやグラファイトとは異なる、特殊な構造から話題を呼んでいます。研究者たちは、Qカーボンについて自然界では起こり得ぬものであることを指摘。そのうえで、もし可能性があるとしたら、どこかの惑星の中核部分ではないか、とプレスリリースで見解を示しました。

地球上では天然に存在しえないというQカーボン。どう開発されたのかというと、まず、ガラスのような表面を非晶質のアモルファス炭素で覆います。アモルファス炭素というのは、バラバラの炭素原子から成り、ダイヤモンドのような結晶組織になっていないもの。このアモルファス炭素に対して、200ナノセカンド(※1ナノセカンド=1秒の10億分の1)という、ほんの一瞬だけレーザーを照射。すると摂氏3727度ほどの高温まで急速に熱せられ、Qカーボンの炭素構造ができるのだそう。

Qカーボンはダイヤモンドよりも硬度が高く、エネルギーによって明るく輝くうえ、強磁性体でもあると、Journal of Applied Physics紙に発表されたものを含む一連の論文で、研究チームが特徴を説明しています。

さらに、Qカーボンの生産技術を調整し、炭素の加熱と冷却のスピードを変えるなどすれば、ダイヤモンドの構造をも製造できるようです。一般的に、膨大な気圧を要するといわれる人工的なダイヤモンド。Qカーボンの場合は屋内の気温と気圧のみで製造できるのだとか。

...ともすれば、これからはもっと効率よく輝く宝石がつくれるのかしらなんて想像が先走ってしまいそうですが、まだまだそんなわけにもいかなさそうです。

当分のあいだQカーボンは、宝石類や工業用には用いられないだろうといわれています。というのも、研究チームが生産できるのは20から500ナノメートル程度の厚さ。これは、一般的な人間の髪の厚みと比べると約1/100ほどしかないのです。

Qカーボンフィルムの製造に成功した研究チームをリードするJay Narayan氏は、「その特性への理解や量産化に関しては、まだ取り組み始めたばかりだ。」とコメントを残しています。

その特殊な構造を活かして、工業や医療、様々な分野での活躍がすでに見込まれているようです。開発に成功した今、まだ一歩踏み出したばかりのなかすでに大きな話題を呼んでいるQカーボン。今後の新たなニュースにも注目していきたいですね。

image by 123dartist/Shutterstock

source: Journal of Applied Physics, APL Materials via NC State

Jamie Condliffe - Gizmodo US[原文

(Rina Fukazu)