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謎のアモルファスカーボン その構造はなぜユニークなのか？
材料科学と現代化学において、炭素の特別な形態としてのアモルファスカーボンは、数え切れないほどの研究者の注目を集めています。このタイプのカーボンは結晶構造を持たないという点で独特であり、非常に柔軟で変化しやすい素材です。アモルファスカーボンは単に aC と呼ばれることが多く、水素と結合すると aC:H または水素化アモルファスカーボン (HAC) と呼ばれます。一方、四面体アモルファスカーボンは ta-C と呼ばれ、準 C:H または水素化とも呼ばれます。アモルファスカーボン（HAC）。物理科学の分野では、アモルファス カーボンの研究により、電子デバイスから生物医学に至るまで、さまざまな潜在的な用途が明らかになりました。アモルファス カーボンは、その独特の特性により、深く研究する価値のある材料となっています。
アモルファスカーボン材料は、水素と結合することで角のπ結合を除去し、構造を安定化させる可能性があります。
鉱物学では、非晶質炭素という用語は、石炭、炭化物由来の炭素、およびその他の不純な形態の炭素を表すために使用されます。これらの物質は、典型的なグラファイトやダイヤモンドではありません。これらの材料は結晶学的には完全に非晶質ではありませんが、多くの場合グラファイトまたはダイヤモンドを含む多結晶材料です。商業用途では、アモルファス カーボンには、重大な結晶性不純物を形成する可能性のある他の元素も含まれることが多く、アモルファス カーボンの特性がさらに複雑になります。
20 世紀後半の化学蒸着、スパッタ蒸着、陰極アーク蒸着などの最新の薄膜蒸着および成長技術の開発により、真のアモルファス カーボン材料が作成されました。これらの材料は、グラファイトの芳香族パイ結合と比較して、炭素の他の同素体と一貫した長さで形成されない局所的なパイ電子を持っています。アモルファスカーボンには比較的多くのダングリングボンドも含まれているため、原子間距離に 5% 以上の偏差が生じる可能性があり、結合角の大きな変化も観察されます。
アモルファス カーボン フィルムの特性は、堆積中に使用されるパラメータによって異なります。
アモルファス カーボンの主な特性評価方法は、材料内の sp2 および sp3 混合結合の比率を測定することです。グラファイトは完全に sp2 混合結合で構成されていますが、ダイヤモンドは完全に sp3 混合結合で構成されています。材料中の sp3 混合結合の割合が高い場合、このタイプの非晶質炭素は四面体非晶質炭素またはダイヤモンド状炭素とも呼ばれます。これは、sp3 混合結合によって形成される四角形の形状により、この種の材料はダイヤモンドに類似した多くの物性を有するためです。実験的には、sp2 と sp3 の比は、EELS、XPS、ラマン スペクトルなどのさまざまなスペクトル ピークの相対強度を比較することによって決定できます。
興味深いことに、グラファイトとダイヤモンドの間のアモルファス炭素材料の一次元特性変化は sp2 と sp3 の比に基づいて示すことができますが、この記述は実際には真実ではありません。現在の研究は、アモルファスカーボン材料の特性と潜在的な用途についての洞察を提供しています。 PAH、タールは、日常の水素化炭素物質（煙、煙突の塵、アスファルトや無煙炭などの採掘された石炭など）中に大量に存在しており、したがってほぼすべて発がん性があることを無視することはできません。
さらに、近年の研究により、Q カーボンと呼ばれる新しいアモルファスカーボン素材も導入されました。アニールカーボンと呼ばれる Q カーボンは、強磁性で導電性があり、ダイヤモンドよりもさらに硬く、高温超伝導を示すことができると主張されています。 2015年、ジャグディシュ・ナラヤン教授と彼の研究チームがQカーボンの発見を初めて発表した。彼らは Q カーボンの合成と特性評価に関する多くの論文を発表しましたが、数年経ってもこの物質の特性は独立した実験によってまだ検証されていません。
研究者らによると、Q カーボンはランダムな非晶質構造を示し、sp2 結合と sp3 結合で絡み合っています。
彼らのチームは、ナノ秒レーザー パルスを使用して炭素を溶解し、その後急速に冷却して Q-カーボン、または Q-カーボンとダイヤモンドの混合物を形成しました。この材料は、ナノ針状構造から大きなダイヤモンド膜まで、さまざまな形状をとることができます。彼らはまた、窒素空孔ナノダイヤモンドやQ-窒化ホウ素などの材料を作成し、周囲温度および常圧で炭素をダイヤモンドに変換する技術を開発したことも報告した。 2018年にテキサス大学オースティン校の研究者グループはシミュレーションを使用してQカーボンの高温超伝導性、強磁性、硬度の理論的説明を提案しましたが、これらの結果は他の研究者によって確認されていません。
いずれにせよ、アモルファスカーボンに関する研究は引き続き深く行われており、この特殊な形状のカーボン材料には大きな可能性が秘められています。将来の開発は私たちの生活やテクノロジーにどのような影響を与えるでしょうか?おそらく時間だけが答えを与えてくれるでしょうか?
