電子機器用途におけるグラファイトの用途

科学者やエンジニアが原子レベルでグラファイトの単層と呼ぶのはグラフェンです。この薄いグラフェン層は巻かれてナノチューブに利用されています。これは、この材料の優れた導電性と並外れた強度と剛性によるものと考えられます。

今日のカーボンナノチューブは、長さと直径の比が最大1億3,200万:1と、他のどの材料よりも大幅に大きい構造をしています。半導体の世界ではまだ比較的新しいナノテクノロジーに利用されているだけでなく、ほとんどのグラファイトメーカーが数十年にわたり半導体業界向けに特定のグレードのグラファイトを製造してきたことは注目すべき点です。

2. 電気モーター、発電機、オルタネーター

カーボングラファイト材料は、電気モーター、発電機、オルタネーターにおいてもカーボンブラシの形で頻繁に使用されています。この場合の「ブラシ」とは、固定された電線と複数の可動部品の間で電流を伝導する装置であり、通常は回転軸内に収納されています。

3. イオン注入

グラファイトは現在、エレクトロニクス産業でより頻繁に使用されています。イオン注入、熱電対、電気スイッチ、コンデンサ、トランジスタ、そして電池にも使用されています。

イオン注入とは、特定の物質のイオンを電界で加速し、別の物質に注入することで含浸させる工学技術です。これは現代のコンピューター用マイクロチップの製造に用いられる基本的なプロセスの一つであり、グラファイト原子はこれらのシリコンベースのマイクロチップに注入される原子の一種です。

マイクロチップの製造におけるグラファイトの独自の役割に加え、グラファイトをベースとしたイノベーションは、従来のコンデンサやトランジスタの代替にも利用され始めています。一部の研究者によると、グラフェンはシリコンの代替品となる可能性を秘めています。グラフェンは最小のシリコントランジスタの100分の1の薄さで、はるかに効率的に電気を伝導し、量子コンピューティングに非常に役立つ可能性のある特殊な特性を備えています。グラフェンは現代のコンデンサにも使用されています。実際、グラフェンスーパーコンデンサは従来のコンデンサ（20 W/cm3の放出量）の20倍の電力を供給できるとされており、今日の高出力リチウムイオン電池の3倍の電力を供給できる可能性があります。

4. 電池

電池（乾電池とリチウムイオン電池）においても、炭素材料とグラファイト材料は重要な役割を果たしてきました。従来の乾電池（ラジオ、懐中電灯、リモコン、時計などによく使われる電池）の場合、金属電極またはグラファイト棒（正極）が湿った電解質ペーストに囲まれ、さらに金属円筒の中に封入されています。

今日の最新のリチウムイオン電池も、アノードとしてグラファイトを使用しています。以前のリチウムイオン電池は従来のグラファイト素材を使用していましたが、グラフェンがより入手しやすくなったため、グラフェンアノードが代わりに使用されるようになりました。主な理由は2つあります。1. グラフェンアノードはエネルギー保持力に優れていること、2. 従来のリチウムイオン電池の10倍の充電時間を実現できることです。

充電式リチウムイオン電池は近年ますます人気が高まっています。現在では、家電製品、ポータブル電子機器、ノートパソコン、スマートフォン、ハイブリッド電気自動車、軍用車両、そして航空宇宙用途にも広く使用されています。