省エネの新アンモニア合成法を日本人が開発

アンモンニは工業的には極めて重要な基礎化学品である。

これまでの生産方法は、1906年にドイツのハーバーとボッシュが開発した「ハーバー・ボッシュ法」が使われてきた。

しかしこの方法は100気圧・400度以上高温・高圧での反応が必要なため非常にエネルギー多消費型合成法であった。このためこの合成に全人類の年間消費エネルギーの」なんと1%以上を使っているとされている。

この度、東京工業大学の細野秀雄教授と原亨和教授らの研究チームらは新しい触媒を使い、8気圧、300度で従来の10倍以上の性能の新しいアンモニア合成法を開発した。

その新しい触媒の概要はカルシウムアミドという化合物に希少金属ルテニウムのナノ粒子を付けたもの。触媒にバリウムを加えると700時間以上劣化しなかったそうだ。

このニュースはアンモニアが基礎化学品であり直接人間の日常生活に影響を与えるものではないため今の所大手新聞には大きく報道されていないが、世界の省エネに大きく貢献する様になることは間違いない。100年以上誰も成功しなかった技術なのである。

全世界の化学工業の省エネに貢献する画期的な発明であり、ノーベル賞級の可能性もある発明なのだ。

ついでに申し添えると、ご存知の方も多いと思うが、シャープの省エネ型液晶「IGZO」の開発者は細野教授なのです。

HDDはまだ生き延びるか

最近個体記憶デバイスSSDの記憶容量が数十ギガバイトを超えるものが開発され、その高速性、高密度、耐久性からこれまでのHDDは消えてゆくのではないかと思われている。

しかし高密度に関しては、最近東工大と大阪大学の共同研究の結果このHDDの容量を飛躍的に増加させる技術が開発された

その内容は、「スマネン」と呼ぶおわん型の分子を使い、その向きを反転する技術。

スマネンとは炭素原子21個の骨格の周囲に水素原子が結合していて、フラーレン(60個の炭素原子がサッカーボールの様に正5角形と正6角形の面からなる球状分子)の一部を切り取ったおわん型をしており、直径1ナノメートル、高さ0.3ナノメートルの分子。(詳細は最後に文献ご紹介)

このおわん型の分子の向きが反転する現象が走査型電子顕微鏡の観測時に発見された。

メモリーの書き込み、消去の基本原理は、このおわん型分子を整然と基板上に敷き詰め原子レベルで尖った針を近づけて1個ずつ上下を反転させることで可能。

スマネンに関しての追記

フラーレンの一部を切り取った基本構造には、2通りが考えられます。ひとつは5員環を中心とした分子がコランニュレン6員環を中心とした構造の方がスマネン。

スマネン、コランニュレンに関してはいくつか参考サイト、文献等がありますが

比較的見やすく分かり易いサイトはここ

 

 

 

植物が原料の新素材セルロースナノファイバー(CNF)

セルロースナノファイバーCNFは植物の構成成分であるセルロースに化学的、機械的処理を施して取り出した直径数~数十ナノメートルの極細繊維状物質で、重さ(軽さ)は鉄鋼の5分の1、強さは5倍以上とされ、熱による膨張収縮が少ないという特徴をもっています。

樹脂等に添加することで様々な機能を持つ素材を製造出来、国も経産省始め農水省、文科省も積極的に産業化を支援する体制に入っています。

原料が植物なので森林大国である日本が原料から自給出来る数少ない素材です。
その結果、木材産業、農業、製紙産業、柑橘類処理業等々植物廃棄物が出る日本全国でCNFを新たな地域産業に育てようと実用化を目指す連携組織が相次ぎ発足しています。

現在生活関連製品としては次のような用途が開発されています。
CNF使用による効果 →  基礎製品   →  市販商品
・粘りを増す      → インク、塗料、化粧品 →  ボールペン
・金属イオンを吸着   →  消臭性物質    →  紙おむつ
・高い透明度となる   → 透明フィルム    →  曲面ディスプレイ
・機密性が高い     → 高気密性シート   →  食品包装材
・軽くて強い      → ゴム、樹脂強化素材  → スポーツシューズ

しかしなんと言っても本命は自動車用途です。

今後は現在まだ高価な炭素繊維強化樹脂(CFRP)に置き換わる分野も多いと思われます。

これからのセルロースナノファイバーCNFの開発動向に注目して行きましょう。

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ナノカーボン(CNTの量産化)

前回カーボンナノチューブ(CNT)の概要についてご紹介しました。

カーボンナノチューブ(CNT)のそもそもの発見

1976年、前回紹介した遠藤守信氏が炭素繊維を作る過程で発見した。出来た原因は基板を磨いたときに落ちた鉄が触媒になり偶然に出来たと言う。その時は構造はわかっていないまま世界に報告された。同氏は日本の炭素繊維の研究・生産の草分け的存在なのだ。

カーボンナノチューブ(CNT)の構造解明と命名

1991年NECの基礎研にいた飯島澄男氏は炭素繊維を放電後の電極に出来た炭素の結晶を調べている時細長い結晶を発見しこれがCNTであり、その詳細な構造を解明し英科学誌ネイチャーに論文を発表した。

今回は生産の方について、発見当初及び最近の状況についてご紹介します。

昔は量産方法が見つからず、2005年頃は1g10万円以上もしていましたが、     最近は多層CNTについては同10円前後と1万分の1になり、            単層CNTについては同100円程度を目指した量産化が進んでいます。

現在の量産化の基礎技術2004年に産業総合研究所が開発した「スーパーグロース法」と呼ぶ方法です。

単層CNTの量産                              2015年11月には日本ゼオンがこの方法を使い山口県の徳山工場で世界初の単層CNTの量産工場を稼働させました。基板上に鉄などの触媒を塗布しベルトコンベアーに乗せて加熱する方式で生産量は年間2から3トンになるそうです。更に16年7月には産総研と共同で茨城県つくば市に共同研究施設を開設し、更なる低コスト量産技術及び研究の進展が期待されます。

多層CNTの量産                              これまで昭和電工川崎事業所で量産されていて、2015年9月から更にこれまでの5割増の年間200トンの生産を行っている。詳しくはここから

 

ナノカーボン

最初の科学技術記事は炭素特にナノカーボンのご紹介です。(リンク先からの戻りは←で)

元素の周期律表から言うとまず水素ではありますが、昔から炭素に興味がありましたので。最近の燃料電池を始めとする水素の話題は後日に。

ということで、炭素・カーボンですが、普通は有機物が不完全燃焼(蒸し焼き)後に残る黒い物質、元素記号はC、周期律表水素か6番めの元素

この炭素Cは酸素や水素やその他窒素などと化合し有機物として、無数の化合物を形成し、地球上にあまねく存在しています。

この有機化合物の一般的なことは教科書に載っていますので、そちらを参照していただくとして、このブログでは最新の話題を取り上げます。

炭素だけの化合物と言えば地球上で最も硬いと言われるダイヤモンド、そして柔らかい黒鉛がありますが、これについては今回はスルーします。

ナノカーボンの比較的最近の大きな話題としては古い順に、

1996年にノーベル化学賞を受賞したフラーレンです。これは60個の炭素が結びついた分子です。その構造はサッカーボールと同じで正五角形が12枚、正六角形が20枚の面からなる球状炭素です。

グラフェンは上記黒鉛の一枚を剥がした構造で、六角形の炭素からなる薄いシートです。こ  れは2010年にノーベル物理学賞を受賞しています。

そして本論のカーボンナノチューブ(CNT)です。

これは1976年遠藤守信・信州大学特別特任教授が作った炭素繊維の中にナノサイズの物質があることを電子顕微鏡で捉えて世界に先駆けて報告しています。

また1991年に飯島澄男氏がNECの基礎研究員だった時、この物質を電子顕微鏡で綿密に調べて詳細な構造を解明し、英科学誌「ネイチャー」に発表しました。

カーボンナノチューブCNTは炭素が六角形に結びつき筒状の極細の炭素繊維

その特徴は

①直径は1~数十ナノメートル(髪の毛の約1万分の1)              ②引張強度は鉄の10倍、                          ③熱の伝わり方は銅の10 倍                         ④密度はアルミの半分、                           ⑤電気的特性は銅の100倍(構造により性質が変わる)              等の性質により、今後の多方面への応用が期待されています。

発見からしばらくの間はサンプルが少量しか生産出来ず、非常に高価格だったため研究が進んでいいませんでした。

応用例を挙げると、①集積回路の小型化②送電線、耐熱ゴムの改良、③EVやHPVなどの次世代自動車の重要部品応用等多方面に及びます。

尚、筒状のカゴが単層の場合と多層からなる場合では電気特性を始めとした物理特性が大きく異なるため、現在それぞれ単独の量産化の開発研究が行われています。

最近注目を浴びて要るのは宇宙エレベーター。理論は随分前に出されていたのだが、静止軌道上の宇宙基地と地上を結ぶケーブルの素材が見つからなかったため、進展してなかったがCNTの発見でにわかに現実味を帯びてきました。

以上に関し詳細は次のサイトをご参照。→①易(優)しい解説 ②本家会社サイト ③論文

今後はCNTの応用面での新しい分野の開拓と既に応用面での発展。        これからCNT及びフラーレン、グラフェンの動向は要注目です。

最後に、CNTと同じナノカーボンであるフラーレンC60やグラフェンが既にノーベル賞を受賞しているので、さらに応用が進むであろう数年以内の受賞を期待しましょう。

尚高校生で上記のサイト①、②、を理解し、更に③に挑戦する人がいることを期待します。

 

 

初めまして

私は現在無料ブログを運営していますが、これまで「無料ブログは心配」とか「ワードプレスがいい」という情報に何度も接してきて、ワードプレスなるものをどうしても使ってみたいと これまでずーと思っていました。

しかしそれには、ドメインの取得、サーバーの契約その他いろいろとあり、敷居が高そうでなかなか始められませんでした。

ワードプレス関連の情報はインターネット上にありすぎる位沢山あるのでサーフィンしたり、いいと思った情報を印刷して集めてはいました。

そして、ついに(だいぶ前ですが)自前のサイト(ホームページ)を作ることを決断し、それからやおらお名前.comでドメインを取りそしてサーバーも契約しました。

ドメインは、あまり迷うことなく「お名前.com」で取ることに決めました。あちこちのサイトでみた赤いバナ-の宣伝のためと、推薦するサイトも多く特に迷う事なくこれに決めました。

サーバーはだいぶ迷いました。値段から言うとロリポップなのですが、エックスサーバーを推すサイトがかなりあったからです。

ただドメインはまずサーバーに関連付ける必要があるということだったので、何かあったときには同じ会社がいいだろうと思い、結局サーバーもお名前.comにしました。

昔のパソコンでよく疑問が生じたとき、本体メーカーとマイクロソフトやIBMなどでたらい回しにされたことが頭にあったのかもしれません。

パソコンの場合は構成要素が複雑でそれぞれ分担というのも止む終えなかったのかともおもわれましたが・・・・・

他社の実情はよくわかりませんが、お名前.comは24時間体制で電話で専門の担当者が回答してくれるので、非常に助かりますし、又安心です。

ただ昼間はなかなかつながらないので深夜特に1時過ぎ位がいいです。場合によっては1時間位でも相手してくれます。

と、前置きが長くなりましたが、本論に入ります。

最近日本は若い人の理系の人気が落ちているとよく言われます。このままでは資源の無い日本の将来が危ぶまれるとする識者の指摘もあります。

統計的なデータは後日参照するとして、日本は、自然、文化、気候、食事等が素晴らしい「資源」が沢山あり、観光業でも十分成り立つのでは無いかと思えるくらいですが、それにはまだまだ来日外国人の数が足りません。

観光業で成り立つまでは、まだまだ技術を開発し、いい製品、売れる商品を作って輸出で稼ぐことが必要です。最近は技術使用料(特許料)でかなり稼いでいるそうではありますが。

それには若い人が科学・技術に興味を持ち、新しい発想、努力で、科学的発明、新技術の開発で他国に真似が出来ない新製品を、低コストで(ロボットで、無人工場で)つくる必要があります。

これまでは大勢の人がプロジェクトを組んで、新しい技術や製品の開発をするというパターンが多かったのですが、これからは、もちろんこのパターンが主流かもしれませんが米国で発展したインターネット関連産業の様に、一人又は数人で一大産業になった様に、製造業においても3Dプリンターや個人用ロボットなどの利用で、卓越した個人が新しい機能、製品を開発することが出来る環境になってきています。

こういう人材・天才を輩出するためには出来るだけ若いいや幼い時代にその芽を発見し伸ばしてやることが重要だと思います。そういう環境を作ってやることが大人の役割だと思います。そのために少しでも貢献できればと思っています。

毎日のニュースの中には将来(近い、遠いはありますが)大きく世界や私達の生活を変えると考えられる新発見・新技術開発のニュース、情報が溢れています。ただ現代は従来の新聞、ラジオ、テレビに加えインターネットやSNSなどであまりにも多くの情報が溢れているので、目に止められずに、知られずに流れていく貴重な、重要な情報も沢山あるはずです。

そういう情報をピックアップして訪問者に届けて行きたいと思います。

独断と偏見でのセレクト、紹介にはなると思いますが、自然科学、新技術が好きな人に目を止めていただけるような記事を投稿して行きたいと思っていますので、今後共宜しくお願いします。

本サイト管理人は、新発明、新技術ニュース収集が大好きな中高年男性です。