グラフェンを実世界のデバイスに役立てる

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グラフェンは、極めて薄い、電気・熱伝導性が高い、軽い、透明である、シリコンよりもはるかに強度が高いなど、さまざまな技術デバイスを製造する上で大きな可能性を秘めた金属として、ユニークで優れた特性を持っている。しかし、このような特性があるにもかかわらず、グラフェンは多くの実用的な課題を抱えているため、これらの技術的なデバイスに使用されるには至っていない。

現実的な課題のひとつは、グラフェンの熱伝導性である。この場合、グラフェンは基板に支持されなければならないため、金属の熱伝導率が低下する。高い熱伝導性は、あらゆる電子デバイスにとって非常に重要である。この問題に対処するため、研究者たちは、3次元的に相互接続されたグラフェン構造を用いるなど、グラフェンをマクロな世界で支持する新しい方法を検討している。また、超薄型グラファイト構造や、グラフェンに近い構造を持つ六方晶窒化ホウ素を利用することもできる。

グラフェンのもうひとつの問題は、プラスチックでコーティングしなければならないため、溶融することである。温度が上昇すると、弾力性のあるポリマー基板がゴム状や溶融物質に変化し、上に設置された電子物質が壊れ、電子デバイスを接続する極小の導電線が故障する可能性がある。テキサス大学オースティン校の機械工学者である李史によれば、この問題は、界面のコンダクタンスを高めるために界面の質を高めることで対処できるという。

また、Shiと彼の研究チームは、グラフェンの熱エネルギー貯蔵を強化することで、現実的な課題に対処できる可能性も示唆している。例えば、グラフェン製デバイスの電力容量を高めるために、メーカーは極薄グラフェン発泡体を利用することができる。これは、熱エネルギーの貯蔵に使用される相変化材料に熱が充放電される速度を増幅することで達成される。もうひとつのブレークスルーは、光子、電子、分子といった基本的なエネルギーキャリアとその散乱の概念を理解することにある。光子散乱の概念を理解することは、格子波の理解に役立ち、最終的には、他の材料がグラフェンをサポートする際の熱伝導性の問題に対処することができる。

サムスンはまた、グラフェンを実世界のデバイスに利用する方法を特定する上で、画期的な進歩を遂げた。この新技術は、シリコンウェハー上に構築された高品質の結晶グラフェンの開発に焦点を当てる。これにより、グラフェン電界効果トランジスタ（GFET）の製造に適したグラフェンが製造されることになる。グラフェンが剥離しても、シリコンウエハーは再利用できる。

Chin Trento

イリノイ大学で応用化学の学士号を取得。彼の学歴は、多くのトピックにアプローチするための幅広い基盤となっている。スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）で4年以上にわたり先端材料の執筆に携わる。彼がこれらの記事を書く主な目的は、読者に無料で、しかも質の高いリソースを提供することである。誤字、脱字、見解の相違など、読者からのフィードバックを歓迎する。

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