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石炭紀炭素の秘密 なぜアモルファスカーボンと呼ばれるのか?
自然界では、炭素はよく知られたグラファイトやダイヤモンドなど、さまざまな形で存在します。しかし、アモルファスカーボンという概念をよく知らない人も多いかもしれません。アモルファスカーボンは、実際には特定の物質ではなく、結晶構造を持たないという共通の特徴を持つ炭素材料の一種です。
アモルファスカーボンは、結晶構造を持たない、単に遊離した反応性の炭素です。
石炭の化学組成
鉱物学では、アモルファス カーボンという名前は主に、石炭、炭化物由来の炭素、およびグラファイトやダイヤモンドではないその他の不純な形態の炭素を表すために使用されます。結晶学的には、これらの材料は実際には完全に非晶質ではなく、非晶質炭素マトリックス中に配置されたグラファイトまたはダイヤモンドの多結晶材料で構成されています。
現代科学への応用
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 カーボン材料を作成できるようになりました。真の非晶質炭素には、局所的な π 電子が含まれており、その結合長と距離は炭素の他の同素体とは一致しません。
また、高濃度のダングリングボンドが含まれているため、回折を使用して測定すると原子間隔が 5% 以上変化します。
アモルファスカーボンの特徴
アモルファス カーボン フィルムの特性は堆積時のパラメータに依存し、その主な特徴は sp2 および sp3 ハイブリッド結合の比率です。グラファイトは純粋な sp2 混成結合で構成されていますが、ダイヤモンドは純粋な sp3 混成結合で構成されています。 sp3 混成結合の含有量が高い材料は、sp3 混成結合が四面体構造を形成するため、四面体アモルファスカーボンと呼ばれます。
高度な sp3 混成結合を持つアモルファス カーボンは、ダイヤモンドに似た多くの物理的特性を持っています。
Q-カーボンの探査
Q カーボン (急冷カーボン) は、アモルファスカーボンであると主張されており、強磁性で導電性があり、ダイヤモンドよりも硬く、高温超伝導性も示すと言われています。この物質はノースカロライナ州立大学の研究チームによって 2015 年に発見され、その合成と特性に関するいくつかの研究論文が発表されました。
しかし、これまでにこの物質とその特性を確認する独立した実験は行われていません。
今後の研究の方向性
Q カーボンの研究は続けられていますが、主張されているその特性についてはさらに検証する必要があります。多くの研究者が、その応用範囲を拡大することを目的として、非晶質炭素材料の特性に関する研究を行っています。
アモルファスカーボンの探査は、炭素に対する理解をさらに広げています。これは材料科学の革新であるだけでなく、将来のテクノロジーに新たな方向性を与える可能性もあります。しかし、これらの材料が実際の応用において本当にその可能性を解き放つことができるかどうかは、依然として私たちが深く検討する価値がある問題です。
