グラフェンと炭素繊維の違い

グラフェンと炭素繊維の主な違いは、グラフェンが炭素原子1層の厚さしかないのに対し、炭素繊維はミクロン単位の厚さしかないこと...である。

グラフェンと炭素繊維の大きな違いは、グラフェンが炭素原子1層分の厚さしかないのに対し、炭素繊維はミクロン単位の厚さしかないことである。

グラフェンと炭素繊維は、どちらも炭素を含む物質である。グラフェンは炭素原子のみを含むが、炭素繊維は炭素を主成分とし、酸素や窒素などの他の元素も含んでいる。グラフェンと炭素繊維のもう一つの重要な違いは、これらの物質における炭素片のかみ合わせの方法である。しかし、どちらの種類の炭素も同じように正六角形に配列されている。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. グラフェンとは 3. カーボンファイバーとは 4. 横並び比較 - グラフェンとカーボンファイバーの表形式 5. まとめ

グラフェンは何ですか？

グラフェンは、炭素原子が1層だけ規則正しく六角形に並んでいる炭素の同位体である。そのため、価電子帯と伝導帯の重なりが小さい半金属である。グラフェンの構造は、グラファイト、ダイヤモンド、炭、カーボンナノチューブなど、多くの炭素を含む物質の基本構造である。

さらに、グラフェンには多くの重要かつ特異な性質がある。例えば、これまでテストした中で最も強度の高い素材です。また、熱や電気を効率よく伝えることができます。この物質はほとんど透明である。さらに、反磁性で二次元的な性質も持っています。

図01：グラフェンシート

グラフェンシートの各炭素原子は、例えば同一平面上にある他の3つの炭素原子との三重シグマ結合と、平面に対して垂直なπ結合の4つの結合で取り囲まれている。この構造では、2つの炭素原子間の距離は約1.42オングストロームである。このように、炭素原子が密に配置され、各炭素原子がsp2混成していることが、グラフェンに高い安定性を与えているのである。そのため、このシートを他の炭素を含む物質（炭化水素など）に触れさせると、シート自体の損傷を修復することができるのです。

グラフェンの用途としては、医療（組織工学、バイオイメージング、ドラッグデリバリー、検査、毒性）、エレクトロニクス（トランジスタ、透明導電性電極、オプトエレクトロニクスなど）、光加工（光変調器、UVレンズ）などが挙げられる。

炭素繊維は何ですか？

炭素繊維は、主要な炭素原子が六角形に配列された繊維の一種である。この繊維の直径は約5〜10ミクロンです。最も重要なのは、この物質がリールに巻かれた連続したトウの形で供給されることである。さらに、このフィラメント束には、何千本もの連続した個々の炭素繊維が含まれている。さらに、トウは有機コーティングで保護されています。こうして、目的の用途に応じたトウテープを巻き取ることができるのです。

原子構造はグラフェンと似ており、六角形をしている。また、この素材に使用する前駆体**によって、炭素繊維にはターボレイヤーとグラファイトの2つの形態があります。両方の構造が混在していることもあります。

図02：炭素繊維で織られた生地

この材料の最も重要な特性は、高剛性、高張力、軽量、高耐薬品性、高温耐性、低熱膨張性などである。このような特性から、炭素繊維は航空宇宙、軍事など幅広い分野で使用されている。