人類が知る最強の素材10
1.グラフェン
簡単な紹介
グラフェンは、sp2混成の炭素原子によって形成されるハニカム状の二次元膜である。グラファイトから分離した単層シート構造であり、現在知られている新素材の中で最も薄い。グラフェンの引張強度は125Gpa、弾性率は1.1tpaで、強度は普通鋼の100倍である。グラフェンで作られたバッグは、約2トンの重量を支えることができ、既知の素材の中では断トツの強度を誇る。
高まるトレンド
2010年にノーベル物理学賞が授与されて以来、世界のグラフェン特許出願数は飛躍的に増加している。エレクトロニクス、エネルギー貯蔵、触媒、センサー、光電子透明薄膜、超高強度複合材料、生物医学など、今後多くの分野での応用が期待されている。
2.カーボンナノチューブ
簡単な紹介
カーボンナノチューブ（CNTS）は、炭素原子が六角形に配列し、数層から数十層の同軸円管を形成する一次元量子材料の一種であり、グラフェンシートの層数によって単層カーボンナノチューブ（SWCNT）と多層カーボンナノチューブ（MWCNT）に分けられる。カーボンナノチューブは優れた機械的特性を持ち、引張強さは50～200GPaで鋼鉄の100倍だが、密度は鋼鉄の1/6に過ぎない。また、その弾性率は1TPaに達することがあり、これはダイヤモンドの弾性率に匹敵し、鋼鉄の約5倍に相当する。
成長傾向
1990年代に発見されて以来、カーボンナノチューブ関連産業は急成長を遂げ、複合材料やフィルム、透明導電体、熱界面、防護服、風力タービンブレード、機能性デバイス用電極、触媒担体などに幅広く利用されている。
3.金属ガラス
簡単な紹介
金属ガラスはアモルファス金属とも呼ばれ、通常は合金であり、アモルファス構造とガラス構造を持つ。この二重構造により、良好な導電性、高強度、高弾性、耐摩耗性、耐腐食性など、結晶金属やガラスの域を超えた多くの特性を有しています。金属ガラスは鋼鉄よりも強く、硬い工具鋼よりも硬い。
成長傾向
金属ガラスは、超強度、弾性、磁気特性を持ち、高温でも結晶化せずに固体のままでいられるため、主に航空宇宙や軍事兵器に使用されている。
4.超高分子量ポリエチレン繊維（UHMWPE）
簡単な紹介
UHMWPEは相対分子量100万から500万のポリエチレンから作られる繊維の一種で、現在世界で最も強く軽い繊維である。鋼線の15倍の強度を持ちながら非常に軽く、アラミドのような素材よりも最大で40％も軽い。
成長トレンド
UHMWPEは、ロープ、係留ロープ、ロープネットから生命保護用途、高機能繊維、複合材料、ラミネート材料まで幅広く使用されている。UHMWPEの年間世界需要は、今後5年間で60,000トン、10年間で100,000トンになると推定されている。
5.窒化ホウ素ナノチューブ
簡単な紹介
炭素と同様、窒化ホウ素も単一原子のシートを形成することができ、それを丸めてナノチューブを形成することができる。窒化ホウ素ナノチューブ自体はカーボンナノチューブと同等の強度を持つが、本当の利点は、ポリマーと結合する際にポリマーにしっかりとくっつく能力にある。窒化ホウ素ナノチューブの強度は、カーボンナノチューブより高く、PMMA界面より約30％、エポキシ樹脂より約20％高い。
成長傾向
窒化ホウ素ナノチューブは、光学的特性、優れた機械的特性、熱伝導特性を持ち、高温に耐え、中性子線を吸収するため、ポリマー、セラミック、金属複合材料の機械的または熱的強化のための効果的な添加剤となる。窒化ホウ素ナノチューブのその他の用途としては、保護シールド、電気絶縁体、センサーなどがある。
6.ロンスデライト
簡単な紹介
ロンズデール石は、アメリカの地質学者ロンズデールによってクレーターで発見され、六角形の隕石ダイヤモンドと定義された。ダイヤモンドと同様、炭素原子でできているが、炭素原子は異なる形状に配列している。シミュレーションの結果、ロンズデール石はダイヤモンドよりも58％圧力に強いことがわかった。
7.ダイヤモンド
簡単な紹介
ダイヤモンドは、地球上に存在する多くの天然物質の中で最も硬い物質であり、炭素の同素体である。ダイヤモンドの硬度は、モース硬度の最高レベルであるグレード10です。その微小硬度は10000kg/mm2で、石英の1000倍、コランダムの150倍である。
成長傾向
ダイヤモンドは、ダイヤモンドカッター、ダイヤモンドダイス、ダイヤモンドビットを中心に産業界で広く使用されている。
8.エアロゲル
簡単な紹介
エアロゲルは世界最小の密度を持つ固体材料である。エアロゲルは非常に強く耐久性があり、質量の何千倍もの圧力に耐えることができ、摂氏1200度に達するまで溶けない。
成長トレンド
エアロゲルは、熱、光学、電気、機械、音響の各分野で多くのユニークな特性を示し、断熱材、ICFやX線レーザーターゲット、触媒、吸着剤、各種電子デバイスなどに利用できる。
9.炭化ケイ素
簡単な紹介
炭化ケイ素は自然界に存在する天然鉱物で、石英砂、石油コークス（または石炭コークス）、木材チップなどを原料として、抵抗炉で高温製錬して作られます。炭化ケイ素のモース硬度は9.5と硬く、これは世界で最も硬いダイヤモンドに次ぐ硬さである。また、熱伝導性にも優れている。半導体の一種であり、高温でも酸化しにくい。
成長トレンド
第三世代半導体材料の代表として、炭化ケイ素は川下の半導体企業に支持されている。炭化ケイ素の基板とエピタキシャル材料で作られたパワー電子デバイスは、高電圧と高周波の環境下で働くことができ、優れた性能の利点があり、産業の展望が広い。
10.ダーウィンクモ
簡単な紹介
マダガスカルで、世界最大かつ最も強固な巣を作る新種のクモ、ダーウィンズ・バーク・クモが発見された。クモの巣の幅は25メートルで、これまでに研究された生物学的素材の中で最も強く、同じ大きさのケブラーの10倍の強度を持つ。
記事をお読みいただきありがとうございました。最強の素材についてさらに詳しく知りたい方は、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）を訪問されることをお勧めしたい。
