研究紹介：3次元構造を持つナノ多孔質グラフェン
研究紹介：3次元構造を持つナノ多孔質グラフェン グラフェンはよく電気を通す２次元シート材料として電気デバイス、蓄電デバイス、光／イオンセンサー、触媒などの分野で研究が盛んに行われており、安価 で化学耐性、耐熱性、機械耐性が強いため、シリコンや貴金属の代替品として有望視されている材料です。現状では、液晶ディスプレイや電極材料として一部実 用化されていますが、なかなか実用化まで至っていないのが現状です。その理由として作製コストが高い（＝需要が少ない）という事情があります。では、何故これほど盛んに研究されているにも関わらず、需要が伸びないのかは様々な理由が考えられます。その一つの理由として、グラフェンが2次元シートであることが挙げられます。グラフェンは様々な優れた性能を持ちますが、炭素1個分の厚さを持つグラフェン1枚では実用的な性能を出すことは出来ません。したがって、何百枚も何千枚もグラフェンを使って実用に耐えられるレベルが出るまで性能を「加算」させなければなりません。しかし、乾電池などと違ってグラフェンの場合、1枚＋1枚が2枚分の性能になるとは限りません。つまり、積層または集合化した場合、予期せぬ電気的ショートによる電気回路制御の困難さ、また、重なっているグラフェンの内部に分子やイオンが入り込めず化学反応が必要となる製品（電気デバイス、蓄電デバイス、触媒など）には不向きになってしまうからです。このような背景から、グラフェンは２次元シートであるため応用用途に制限が出来てしまい、性能値／重さは優れているが体積換算した性能値（性能値／体積、もしくは、性 能値／重さのどちらかが性能を決める指標）が他の（炭素）材料よりも劣っているという問題があります。このため、世界中の科学者が２次元シートであるグラフェンに何とかして３ 次元構造を持たせようと様々な試みがされています。 私の所属している東北大学WPI-AIMR研究所にある融合研究グラフェンチームでは、世界に先駆けて3次元構造を持ったグラフェンの開発に成功しました。化学気相蒸着法を用いて図1(a)のナノ多孔質ニッケルの表面にグラフェンを成長させることによって、ナノ多孔質ニッケルの幾何学構造を維持した図1(b)３次元ナノ多孔質グラフェンを作成しました。このナノ細孔をもつナノ多孔質グラフェンは2次元グラフェンが持つディラッ...
