グラフェン Changes the World

バルセロナで開催されたMobile World Congressで、 イタリア工科大学のRehab Technologiesが、障害者の生活を改善するためにどのようにグラフェンを使用できるかを示しています。 筋肉の収縮とリラックスによって、遠隔制御するロボットハンドのプロトタイプです。 腕に縛られた2つのグラフェンベースの電極が、脳から筋肉に送られる神経学的信号を伝導するだけです。 ITTの担当者によるとは、手足の大きな部分が欠けていても、グラフェン電極を自分の腕の上（肩の近く）に置くことができ、アームがそこになくても、システムが手に向かう脳の信号をピックアップするとのことです。 Rehab Technologiesは、外骨格やリハビリテーションプラットフォームなど、類似の技術のいくつかの他のアプリケーションに取り組んでいます。人工器官の手は現在、患者の検査を受けており、2017年には市場に出る予定とのこと。 http://mashable.com/2017/02/28/robotic-arm-control-graphene/#.wkA.A42.8qP

Global Market Insights.Incによると、グラフェン電池業界の規模は、2015年に1500万ドルと見積もられ、2024年には9700万ドルを超えると予測されています。 グラフェン電池市場は、ヘルスケア、自動車、航空宇宙＆防衛、エレクトロニクス、および産業用ロボット分野における幅広い製品の使用により、大幅に増加する見通しです。携帯電子機器や電気自動車の人気が高まることは、今後の事業拡大に大きく貢献するでしょう。 2015年には米国成人人口の65％以上がポータブルデバイスを所有していましたが、この数字は今後増加すると見込まれており、これは業界の成長を促進します。 ヘルスケアのアプリケーションは、ポータブル医療機器に対する要望が高いことから、2024年までに2500万ドルの売上高を達成すると予測されています。 2015年にグラフェン電池の市場シェアの30％以上を占めるエレクトロニクス部門は、今後数年間で全体的な収益に大きく貢献すると見込まれています。 航空宇宙分野および防衛分野のグラフェン電池産業は、各国政府の防衛活動に多大な資金を投入し、堅調な拡大を見込む可能性があります。 2015年に4百万米ドルと見積もられた自動車分野のグラフェン電池の市場規模は、将来的に拡大すると予測されています。 http://www.military-technologies.net/2017/08/22/graphene-batteries-industry-to-exceed-97mn-by-2024/

下記、グラフェンユーザーの記事から。 太陽光発電は、風力や水力などの他の資源と比較して、再生可能エネルギーで最も急速に成長しています。しかし、最も効率的な太陽電池でも、太陽光線の20％以上しか電気に変換しません。グラフェンは、そのユニークな電気的特性から、今後シリコンの大きなライバルと考えられます。 1）より効率的 スペインの光科学研究所の研究者Frank Koppensたちによって、グラフェンが光子バンドルを吸収すると、他の従来の材料からより多くの電子を生成し、電流を駆動して他の材料よりも効果的にすることができることが明らかになっています。 2) 手ごろな価格 ソーラーパネルを設置して太陽光をフルに利用するには、その費用がネックになっています。グラフェンは多くの方法で太陽電池パネルの効率を上げ、効率よくより多くのエネルギーを生成し、長寿命であることなどから、そのコストを下げられると考えられています。 3）透明 透明なグラフェンソーラーパネルは、窓ガラスにも設置可能になります。 4）柔軟 グラフェンフィルムは、フレキシブルソーラーパネルのデバイスの安定性を改善するためのパッケージング材料として有望です。 5）任意の条件で働く 中国の研究者チームの研究によると、雨の日でも発電する太陽光パネルを開発しています。 6）どこでも使用できる 柔軟性、半透明、軽量、手頃な価格、より効果的で非常に困難な条件で動作するなどの特徴から、建物、車、船のような新しい場所でも太陽光発電が可能になります。 7）蓄電 グラフェンによるスーパーキャパシタは、従来のものより容量が数倍あり、軽量で、長寿命になります。 8）有望な技術 グラフェンは、エレクトロニクスに特有の特性を持っているため、グラフェンは、スーパーエレクトロニクス、CPU、RAM、ウェアラブル、スーパーソーラーパネルをより効果的に作成するなど、多くの将来の課題においてシリコンを凌駕します。 9）環境に優しい シリコンバレーの毒物連合（SVTC）は、四塩化ケイ素や六フッ化硫黄などの温室効果ガスを含む半導体製品と同じ毒性を太陽電池パネルが作り出すと警告しています。 有機太陽電池パネルの製造は、有害物質の発生が少なく、グラフェンは、有機太陽電池パネルを従来のシリコン太陽電池パネル

サンフランシスコのInternational Electron Devices Meetingで12月に発表されたグラフェンタトゥーは、今までにない最も薄い表皮エレクトロニクスです。それは、心臓、筋肉、および脳からの電気信号、ならびに皮膚の温度および水分を測定することができます。これは、かさばる医療機器と同じ精度で測定を行えるとのこと。 センサーを開発しているテキサス大学の研究者は、消費者の美容用途のためにそれらを開発し、次に超薄型センサーによって、既存の医療機器が快適なることを望んでいます。 グラフェンの皮膚への適合は、高品質の測定を可能にします。従来の医療機器に使用されている固い電極と皮膚の間の空気の隙間は、信号品質を低下させます。 新しいセンサーは、皮膚に張り付いて伸縮し、しわになることはありませんが、まだ数マイクロメートルの厚さであり、数百ナノメートルの厚さの金電極を使用するため、しわがよると皮膚との接触を失う可能性があるとのこと。 テキサスの研究者のデバイスのグラフェンは厚さ0.3 nmです。タトゥーの大部分は、厚さ463 nmのポリマー支持体から得られます。 次のステップは、信号をデバイスから電話機やコンピュータに送信できるように、アンテナを設計に追加することです」だそうです。 http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/graphene-temporary-tattoo

シンガポールのNanyang Technological Universityの研究チームによって開発された、新タイプのフレキシブルなマイクロスーパーキャパシターは、携帯電話を充電するスマートTシャツなど、さまざまなアプリケーションを使用して、ウェアラブル分野の発展をさせる可能性があります。 微小サイズのスーパーキャパシタは、グラフェンマイクロリボンからなる面外波状構造を利用しており、電極指の歪み濃度が小さくなるように構成されています。 これにより、電極指を比較的一定の距離に保ちながら、電極材料の割れや剥離を防止します。 この構造は、厚く固く小型のウェアラブルには適していない従来のバッテリが起こす、様々な問題を解決します。 しかし、現在の形態では、グラフェンスーパーキャパシタは1分間だけLCDデバイスに電力を供給することができる段階です。 https://www.elektormagazine.com/news/stretchable-capacitor-is-great-for-wearables

シリコンベースのCMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）技術は、コンピュータ、スマートフォン、デジタルカメラなど、今日広く使用されている多くの電子デバイスの基礎となっています。 ほとんどの研究者は、新世代の高度なエレクトロニクスに移行するために、CMOSを他の半導体と統合する必要性を認識しています。 このプロセスの一環として、バルセロナの光科学研究所の技術者は、グラフェンをCMOS集積回路に統合することに成功しました。 このプロセスにより、グラフェンは表面上に堆積され、その後必要なピクセル形状を形成するようにパターン化されます。 最終プロセスで、PbSコロイド量子ドットの層が加えられます。 量子ドットは数ナノメートルの非常に小さな半導体粒子です。 http://www.digitaljournal.com/tech-and-science/science/seeing-the-invisible-thanks-to-graphene/article/494431

マサチューセッツ工科大学（MIT）で実施されている研究によると、将来の半導体チップは、今のシリコンを使用するのではなく、グラフェンの超薄型シート上に「写真複写」プロセスを使用して製造することができます。 MITによれば、これは既存の半導体ウェーハの設計と施工のコストを削減する有望な方法であると同時に、シリコンと比較してより優れた導電性を持ち、よりエキゾチックな材料の使用を可能にすると考えられています。 http://windowsitpro.com/cloud-data-center/future-semiconductors-could-be-photocopied-using-graphene

中国の科学者チームは、雨が降っているときでもエネルギーを収穫できる新しい太陽電池を開発したと報告されました。 この太陽電池は、太陽電池製造に非常に有望な材料であることが証明されているグラフェンを用いて製造されています。 グラフェンの特性の1つに、その表面全体に自由に電子が流れるような導電性であるというものがあります。この材料を水溶液に入れると、いわゆるルイス酸 - 塩基反応が起こり、正に帯電したイオンの対が、材料の負に帯電した電子と結合します。 このようなグラフェンの性質を研究して、チームは太陽電池を開発しました。この太陽電池は雨滴から発電することができます。 雨滴は、正および負に帯電したイオンを有する様々な塩からなります。 雨水がグラフェンに衝突すると、陽イオンは表面上の陰イオンと結合します。雨水とグラフェンが接触する場所では、それらは電子と正に荷電したイオンの二重層を形成し、いわゆる擬似キャパシタを生成します。つまり、2つの層は、電圧と電流を生成するのに十分な電位差を有すことになります。 http://www.jetsongreen.com/2017/08/solar-cells-that-harvest-energy-all-day-every-day.html

1950年代のソ連の宇宙衛星では、電力を供給するために熱をエネルギーに変換して熱を電気に変換していました。 今日、スタンフォード大学の研究者は、1950年代の熱エネルギー変換装置よりも7倍も効率的なプロセスで、タングステンの代わりにグラフェンを使用して熱を電気に変換する新しい技術のプロトタイプを発表しました。 グラフェンは、熱電効果を利用するためにはるかに効率的で、軽量で導電性の材料です。 Engineering.comは、このプロセスでグラフェンを使用することで、電力生産の改善と環境負荷の低減による熱エネルギー変換の分野で新しい命を吹き込むことができると報告しています。 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516305912

グラフェンは現在の技術と比較して100倍以上、原子力発電所の重水と汚染除去を生産するエネルギーコストを削減することができる、という新しい研究が発表されました。 Marcelo Lozada-Hidalgo博士が率いるマンチェスター大学のチームは、重水を生成できるグラフェン膜の完全スケーラブルなプロトタイプを実演しました。 現在重水は、原子力産業で大量に使用されていますが、生産するのに高価です。グラフェンをベースにした膜は、亜原子粒子を効果的に分離する能力により、重水の生成をより効率的にすることができ、より環境に優しく安価な原子力をもたらすとのことです。 https://eandt.theiet.org/content/articles/2017/05/graphene-to-reduce-cost-of-heavy-water-production-in-the-nuclear-industry-by-100-times/

通常、ペースメーカなどの埋め込み型デバイスのバッテリは、最終的には化学反応物質を使い果たし、取り替えるために手術を必要とします。 再手術は、心臓病患者に負担となります。 エジプトと米国の研究チームは、埋め込み型デバイスのための効率的で長持ちするバッテリーに使用できる超薄型の生体適合性のスーパーキャパシターを発明することによって、この欠点を克服したと報告しています。 「ペースメーカのほかに、このスーパーキャパシタは、深部脳刺激装置、バイオセンサ、およびその他の様々な電子デバイスなど、広範囲の埋め込み型生体医用デバイスに安全に電力を供給するのに使用することができる」と研究の執筆者であるイスラム・モーサは述べています。 科学者たちは、電解質として生体タンパク質であるグラフェンと筋タンパク質を使ってスーパーキャパシターを準備しました。このようなスーパーキャパシタを使用して製造されたバッテリは、体内で利用可能なタンパク質および生体流体を利用することによって、ペースメーカに長時間電力を供給することができます。 人間の髪の毛よりも薄いスーパーキャパシタは、高い出力密度を生成することができます。ヒト細胞とってに、潜在的な有毒性が考えられる純粋なグラフェンとは異なり、スーパーキャパシタに使用されたグラフェン - タンパク質ハイブリッド材料は、特定の培養細胞に対して毒性効果を示していません。 4日間充放電させたところ、ポリマーで包まれたスーパーキャパシタは細胞に有害な影響を示しませんでした。漏れたとしても、悪影響はありません。 また、1000回の屈曲サイクルの間に90°の角度で曲げられた後でも充放電効率が維持されました。 http://www.grapheneentrepreneur.com/supercapacitor-thinner-human-hair/ http://www.natureasia.com/en/nmiddleeast/article/10.1038/nmiddleeast.2017.80

UCLAのカーナー教授グループとコネチカット大学の研究者は、 体液由来のイオンを用いて動作する生物学的スーパーキャパシタを設計しました。 より長持ちする心臓ペースメーカーやその他の植込み型医療機器につながると予測しています。 現代のペースメーカーは、厚さが6〜8mmあり、体積の半分がバッテリーによって占有されています。 また電池の寿命から取替のための再手術が必要であり、患者に大きな負担となっていました。 開発されたバイオスーパーキャパシタは厚さ1μmであり、物理的な損傷なしに本体内部で曲がり捻れることができ、同等のサイズのエネルギーリチウムフィルムバッテリーよりも多くの電荷を蓄えることができます。  UCLAのカーナー教授は、「エネルギーハーベスターとスーパーキャパシターを組み合わせることで、決して交換する必要のない、生涯にわたって移植可能なデバイスに無限のパワーを提供することができます」。 この技術は、脳深部刺激療法、膀胱刺激療法、胃ペースメーカーなどへの応用も考えられます。 http://www.chemistry.ucla.edu/news/researchers-design-implantable-medical-devices-are-charged-human-energy https://www.bleepingcomputer.com/news/technology/new-battery-technology-draws-energy-directly-from-human-body/

MITの学者たちが、グラフェンから透析膜を作成しました。 現在使われている透析膜は、分子を高速で分離することが困難でしたが、 このグラフェンシートから作られる透析膜は、既存の膜よりも10倍速くすることが可能で、グラフェン自体では100倍まで可能とのこと。 小型で高速な透析膜ができれば、人工透析を受けている多くの人々にとって 大きな自由を約束することになります。 http://news.mit.edu/2017/scientists-produce-dialysis-membrane-made-from-graphene-0628 Scientists produce dialysis membrane made from graphene Material can filter nanometer-sized molecules at 10 to 100 times the rate of commercial membranes.

グラフェンは、グラファイト（黒鉛）の単層で、 六角形のハニカム格子に配置された炭素原子の配列をしています。   1 原子の厚さでは、人間の髪よりも 100 万倍薄く、鉄より 200 倍強力です。   それは銅よりも優れた電線になります。 実際、それは熱と電気を伝導する上で何よりも優れています。   非常に柔軟性があり、折り曲げ可能で伸縮性があり、水に浸透しません。 透明で、完全に有機的で、天然グラファイトは価格も手ごろです。 応用としては、 携帯電話などのタッチスクリーン 浄水システム 医療用センサー 大容量蓄電池 電子デバイス／センサー などが考えられています。 グラフェンには、多くの優れた特性があり、世界中の研究者が研究を進めていますが、これまで品質の良いものを量産する技術が確立されていませんでした。 しかし、最近の成果にはめざましいものがあります。 世界の研究は、日本より進んでいます。 このブログでは、英語の情報を中心に最新情報を掲載して参ります。 なお、Google翻訳を使っておりますので、日本語が多少わかりにくい点がございますがご了承ください。