電子機器用途におけるグラファイトの使用

グラフェンとは、科学者や技術者が原子レベルで単層の黒鉛と呼ぶもので、これらの薄いグラフェン層は丸めてナノチューブとして利用されている。これは、グラフェンの優れた電気伝導性と、その並外れた強度と剛性によるものと考えられる。

今日のカーボンナノチューブは、長さと直径の比率が最大1億3200万：1にも達し、他のどの材料よりもはるかに大きい。半導体の世界ではまだ比較的新しいナノテクノロジーでの利用に加え、ほとんどのグラファイトメーカーは数十年前から半導体産業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も特筆すべき点である。

2. 電動機、発電機、交流発電機

カーボン黒鉛材料は、電気モーター、発電機、オルタネーターにおいて、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、「ブラシ」とは、固定された電線と可動部品の組み合わせの間で電流を伝導する装置であり、通常は回転軸内に収められています。

3. イオン注入

グラファイトは現在、電子産業においてますます頻繁に使用されるようになっている。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、そしてバッテリーなどにも用いられている。

イオン注入とは、特定の物質のイオンを電場中で加速し、別の物質に注入する、いわば含浸法の一種である。これは、現代のコンピュータ用マイクロチップの製造において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として一般的に用いられている。

グラファイトはマイクロチップの製造において独自の役割を果たしているだけでなく、グラファイトをベースとした革新的な技術は、従来のコンデンサやトランジスタの代替として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となる可能性を秘めているとのことです。グラフェンは最小のシリコントランジスタよりも100倍薄く、電気伝導率がはるかに高く、量子コンピューティングで非常に役立つ特異な特性を持っています。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キャパシタは従来のコンデンサよりも20倍強力（20 W/cm3を放出）であり、今日の高出力リチウムイオン電池よりも3倍強力である可能性があるとされています。

4. 電池

乾電池やリチウムイオン電池においても、炭素や黒鉛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、腕時計などでよく使われる電池）の場合、金属電極または黒鉛棒（正極）が湿った電解質ペーストで覆われ、両方とも金属製の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、負極としてグラファイトを使用しています。従来のリチウムイオン電池は、従来のグラファイト材料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、主に2つの理由から、グラフェン負極が代わりに使用されるようになりました。1. グラフェン負極はエネルギーをよりよく保持できること、2. 従来のリチウムイオン電池よりも10倍速い充電時間が期待できることです。

充電式リチウムイオン電池は近年ますます普及が進んでいます。現在では、家電製品、携帯電子機器、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、そして航空宇宙分野など、幅広い用途で利用されています。