熱分解炭素

熱分解炭素はグラファイトに似た物質ですが、製造上の欠陥により グラフェンシート間に共有結合が生じています。

熱分解炭素は人工的に作られたもので、自然界には存在しないと考えられています。^{[1]一般的には}炭化水素を分解温度近くまで加熱し、黒鉛を結晶化（熱分解）させることによって生成されます。

一つの方法は、合成繊維を真空中で加熱して炭素繊維を生成することです。

ミサイルのノーズコーン、ロケットモーター、熱シールド、実験室の炉、グラファイト強化プラスチック、核燃料粒子のコーティング、生体医療用プロテーゼなどの高温用途に使用されます。

熱分解グラファイトのサンプルは、通常、雲母と同様に単一の劈開面を持ちます。これは、グラフェンシートが平面状に結晶化するのに対し、熱分解炭素は微細なランダム配向領域を形成するためです。このため、熱分解グラファイトはいくつかの珍しい異方性特性を示します^。熱^分解炭素よりも劈開面に沿った熱伝導性が高く、利用可能な平面熱伝導体の中で最高のものの 1 つとなっています。

熱分解グラファイトは、数度まで制御されたモザイク性を持つ モザイク結晶を形成します。

熱分解グラファイトは劈開面に対してより反磁性（χ = −4×10 ⁻⁴ ）でもあり、室温の反磁性体の中で最大の反磁性（重量比）を示します。比較すると^{[疑わしい–議論]}、熱分解グラファイトの比透磁率は0.9996 であるのに対し、ビスマスの比透磁率は 0.9998 です（表）。

永久磁石の磁場の上に安定して磁気的に浮上できる物質はほとんどありません。2 つの磁石の間では磁気反発が明らかに容易に実現されますが、磁場の形状により、上部の磁石は支えられたままではなく横に押し出され、磁性体の安定した浮上は不可能になります (アーンショーの定理を参照)。ただし、反磁性が強い物質は強力な磁石の上に浮上できます。

1970 年代から 1980 年代にかけて開発された希土類永久磁石は入手しやすく、熱分解グラファイトの強い反磁性により、この効果を実証する便利な材料となっています。

2012年、日本の研究グループは、熱分解グラファイトがレーザー光や十分に強い自然光に反応して、磁場勾配の方向に回転したり動いたりできることを実証しました。^{[2] [3]}炭素の磁化率は十分な光を受けると弱まり、特定の形状を使用すると材料の磁化が不均衡になり、動きます。

最近、土星のリングにある謎の「スポーク」は熱分解炭素によるものではないかと示唆されています。化学蒸着法によって、高温 (1400K) のメタンガスが熱分解炭素に変換された可能性があります。土星の B リングに豊富に含まれるケイ酸塩が、熱分解炭素を堆積させる基質として機能した可能性があります。熱分解炭素は反磁性が強いため、熱分解炭素で覆われたケイ酸塩粒子は、土星の赤道磁場によってリング面の上下に浮遊することができます。太陽光がこれらの熱分解炭素で覆われた粒子に当たると、光電効果によって電子を失い、常磁性になり、土星の赤道磁場に引き寄せられてリングのメイン構造に引き戻されます。「スポーク」の見え方は、リングに当たる太陽光の角度と、観測者がリングを観察する角度によって異なります。 （参考：https://arxiv.org/abs/2303.07197）。

• ミサイルの ノーズコーンやアブレーション（ボイルオフ冷却）ロケットモーターには非強化材として使用されます。
• 繊維の形では、プラスチックや金属を強化するために使用されます (炭素繊維とグラファイト強化プラスチックを参照)。
• ペブルベッド 原子炉は、個々のペブルの中性子減速材として熱分解炭素のコーティングを使用します。
• グラファイト炉原子吸光炉内のグラファイトキュベット（チューブ）をコーティングして熱ストレスを軽減し、キュベットの寿命を延ばすために使用されます。
• 熱分解炭素は、熱インターフェース材料、ヒートスプレッダー（シート）、ヒートシンク（フィン）など、電子熱管理のさまざまな用途に使用されます。
• タバコのパイプを作るのに使われることもあります。
• これは、一部の高出力真空管のグリッド構造を製造するために使用されます。
• 中性子およびX線散乱研究用のモノクロメータとして使用されます。
• 人工心臓弁
• 橈骨頭プロテーゼ^[4]
• また、2 つの部品間に望ましい量の摩擦が求められる自動車産業でも使用されます。
• 高配向熱分解グラファイト(HOPG) は、X 線分光測定に使用される HOPG 分光計の分散要素として使用されます。
• 個人用保護具に使用されます。^[5]

この素材は血栓ができにくいため、血栓症のリスクを減らすために血液と接触する人工器官をこの素材で覆うことが推奨されることが多い。例えば、人工心臓や人工心臓弁に使用されている。 対照的に、血管ステントは、血液凝固を防ぐのに薬剤の作用に頼る、ヘパリンをペンダント基とするポリマーで覆われることが多い。これは、熱分解炭素の脆さと、ステントが拡張中に受ける 大きな永久変形が少なくとも部分的に原因である。

熱分解炭素は、解剖学的に正しい整形外科用インプラント、別名置換関節をコーティングするために医療用にも使用されています。この用途では、現在「PyroCarbon」という名前で販売されています。これらのインプラントは、手の中手指節間（指関節）置換に使用するために米国食品医薬品局によって承認されています。これらは、Tornier（BioProfile）とAscension Orthopedicsの2社によって製造されています。 ^[6] 2011年9月23日、Integra LifeSciencesはAscension Orthopedicsを買収しました。同社の熱分解炭素インプラントは、さまざまな形態の変形性関節症の患者の治療に使用されています。^{[7] [8]} 2021年1月、Integra LifeSciencesは整形外科会社をSmith+Nephewに2億4000万ドルで売却しました。^[9]

FDAは人道的医療機器免除の下でパイロカーボン製の指節間関節置換術も承認している。^[10]