バッキーペーパー

バッキーペーパーは、カーボンナノチューブ^[1]の集合体から作られた薄いシート、またはカーボンナノチューブ方眼紙です。ナノチューブの太さは、人間の髪の毛の約5万倍です。もともとはカーボンナノチューブの取り扱い方法として作られたものですが、いくつかの研究グループによって応用研究・開発も進められており、車両装甲、個人装甲、次世代電子機器やディスプレイなどへの応用が期待されています。

バッキーペーパーは、カーボンナノチューブ（CNT）または「バッキーチューブ」の巨視的集合体です。その名前は、バックミンスターフラーレン、60炭素フラーレン（同様の結合を持つ炭素の同素体で、 R.バックミンスター・フラーにちなんで「バッキーボール」と呼ばれることもあります）に由来しています。^[1]

CNTフィルムを製造するための一般的な方法には、Triton X-100 ^[2]やラウリル硫酸ナトリウム^[3]などの界面活性剤の使用が含まれ、水溶液中での分散性が向上します。これらの懸濁液を正圧または負圧下で膜ろ過すると、均一なフィルムが得られます。^[4]ナノチューブ表面と界面活性剤の間のファンデルワールス力の相互作用は、機械的に強力で非常に安定していることが多いため、形成後にCNTフィルムから界面活性剤がすべて除去されるという保証はありません。Triton Xの除去に効果的な溶媒であるメタノールで洗浄すると、フィルムにひび割れや変形が生じることがわかりました。また、Triton Xは低濃度でも細胞溶解を引き起こし、組織の炎症反応を引き起こす可能性があることもわかっています。^[5]

界面活性剤の存在による副作用を避けるために、界面活性剤の使用や表面改質を必要としないフリット圧縮法を含む代替鋳造プロセスを使用できます。 ^[6]寸法は、シリンジハウジングのサイズと追加するカーボンナノチューブの質量によって制御できます。その厚さは通常、界面活性剤鋳造バッキーペーパーよりもはるかに厚く、120μmから650μmまで合成されています。サンプルを紙として分類するための厚さを管理する命名システムは存在しませんが、厚さが500μmを超えるサンプルはバッキーディスクと呼ばれます。フリット圧縮法では、鋳造溶媒を回収し、2Dおよび3Dの形状を制御しながら、バッキーペーパーとバッキーディスクを迅速に鋳造できます。

整列した多層カーボンナノチューブ（MWNT）の成長は、ドミノ効果を通じてCNTフィルムの合成に使用されています。^[7]このプロセスでは、MWNTの「森」が一方向に平らに押し付けられ、垂直方向が水平面に圧縮され、その結果、さらなる精製や処理を必要とせずに高純度のバッキーペーパーが形成されます。比較すると、化学蒸着（CVD）で生成されたMWNTパウダーを1トン圧縮してバッキーペーパーサンプルを形成した場合、溶媒を適用するとすぐにフィルムが膨張し、粒子状物質に戻りました。使用されたCNTパウダーの場合、圧縮だけでは堅牢なバッキーペーパーを生成するのに不十分であるようで、整列成長法ではCVD CNTパウダーには見られないチューブ間の相互作用がドミノ押しによるバッキーペーパーの形成まで維持されることが強調されています。

最近、^[8]新たなスケーラブルな CNT フィルム製造方法が開発されました。表面加工テープキャスティング (SETC) 技術です。SETC 技術は、テープキャスティングの主な課題である、乾燥して通常は粘着性のある CNT フィルムを支持基板から剥離するという課題を解決します。完全に剥離したフィルムを実現するには、支持基板をマイクロピラミッド細孔構造の形態で設計する必要があります。SETC は、長さ、厚さ、密度、組成を調整可能な市販のカーボンナノチューブから大面積のフィルムを生成します。

バッキーペーパーは鋼鉄の10分の1の重さですが、シートを積み重ねて複合材料にすると、鋼鉄の500倍の強度になる可能性があります。^[1]真鍮や鋼鉄のように熱を分散し、銅やシリコンのように電気を伝導することができます。^[1]

研究されているバッキーペーパーの用途としては、次のようなものがあります。

• 防火：薄いバッキーペーパー層で材料を覆うと、カーボンナノチューブやカーボンファイバーの緻密でコンパクトな層によって熱が効率的に反射されるため、耐火性が大幅に向上します。^[10]
• バッキーペーパーは、電荷を帯びると、コンピューターやテレビの画面を照らすのに使用できる。現在のブラウン管（CRT）や液晶ディスプレイ（LCD）技術よりもエネルギー効率が高く、軽量で、より均一な明るさを実現できる可能性がある。
• 個々のカーボンナノチューブは、知られている中で最も熱伝導率の高い材料の 1 つであるため、バッキーペーパーは、コンピューターやその他の電子機器が現在よりも効率的に熱を分散できるようにするヒートシンクの開発に適しています。これにより、電子機器の小型化がさらに進む可能性があります。
• フィルムはまた、航空機内の電子回路や装置を、機器を損傷したり設定を変えたりする可能性のある電磁干渉から保護することもできる。同様に、このようなフィルムにより、軍用機はレーダーで検出できる電磁「シグネチャー」を遮蔽できる可能性がある。
• バッキーペーパーは、空気や液体中の微粒子を捕捉するフィルター膜として機能します。バッキーペーパー内のナノチューブは不溶性であり、さまざまな官能基で機能化できるため、化合物を選択的に除去したり、センサーとして機能したりできます。
• 十分な量を経済的に実現可能な価格で生産すれば、バッキーペーパー複合材は効果的な装甲板として機能する可能性があります。
• バッキーペーパーは、神経細胞などの生物組織の成長に使用できます。バッキーペーパーは、特定の種類の細胞の成長を促進するために、電気化または機能化することができます。
• カーボンナノチューブバッキーペーパーのポアソン比は制御可能であり、オーセチック挙動を示し、人工筋肉として使用できます。
• スーパーキャパシタ[ ^11] 、リチウムイオン電池^{[12] [13] [14]}、バナジウムレド​​ックスフロー電池^{[15] [ 16] [17]}の電極材料。

• フリット圧縮
• カーボンナノチューブ
• 酸化グラフェン紙
• カーボンナノチューブの潜在的用途
• グラフェン

ウィキメディア・コモンズには、 Buckypaperに関連するメディアがあります。

• FSU 研究者の「バッキーペーパー」は、鋼鉄の何分の一かの重さで鋼鉄よりも強い バリー・レイFSU 2015-05-03
• レビューにおける研究: buckypaper - Paper Promise Don Wood、FSU
• Buckypaper – ステロイドのナノチューブ未来のモノアーカイブ