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ダイヤモンドが電子材料になる!?

公開日: : ダイヤモンドの基礎知識

将来、あの美しいダイヤモンドが、電力やエネルギーの材料になるかもしれません。

そう聞くと、とても衝撃を受けますよね。

「え、ほんとうに?」と思う方がほとんどなのではないでしょうか。

そうですよね、かくいう私もそのような反応でした。思わず二度見したほどです。

しかし、驚くことに、本当のことなのです。

 

まずは、ダイヤモンド自体についてお話しましょう。

皆さまが思い浮かべてくださった、あのダイヤモンドです。

ダイヤモンドとは、結晶です。

より詳しくお伝えするなら、炭素原子が結晶構造を形成している、結晶です。

なお、その結晶構造は、ダイヤモンド型構造と呼ばれています。

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さらに、ダイヤモンドの性質をいくつかお伝えしましょう。

ダイヤモンドの値は(中略)3.567Åと比較的大きいが、一つの格子中に炭素原子が8個占めているため、炭素の原子間距離は1.54Åと小さい。しかも、それぞれの炭素原子が指向性のあるsp3混成軌道による共有結合で結びついているために、ダイヤモンドが空間を占める割合は大きい。(引用)

つまりダイヤモンドは、特定の原子の結びつく距離が、ほかと比べて最も小さいです。

この小ささが、原子と結びつく力が強いということを示しているのです。

 

300Kにおける熱伝導率(Tablel)は、熱の良導体である金属の銅、銀の熱伝導率の2-5倍である。ダイヤモンドの熱伝導機構は、自由電子による熱伝導が大部分を占める金属とは大きく異なり、結晶格子の振動、つまりフォノンにより熱が伝導する。(中略)一般に、フォノン熱伝導率は、軽い原子により構築された強い結合を有する物質ほど大きい。(引用)

つまりダイヤモンドは、エネルギーの振り幅がとても大きい絶縁体です。

しかし、さまざまな物質の中で、熱伝導率が最も大きいということです。

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さて、以上を踏まえて、ダイヤモンドの電子的利用に関しては、大きく4つのジャンルに分けられるようです。

  1. 硬度が最大、熱膨張係数が最小であることを利用して、切削工具、摩耗部品へのコーティング
  2. 熱伝導率が最高であることを利用して、放熱、ヒートシンク材料
  3. 屈折率が高い、光透過性が良いことを利用して、光学部品(窓材)
  4. バンドギャップが大きいことを利用して、電子打デバイス、センサ材料

(引用)

私たちが考えている以上に、ダイヤモンドは万能でした。

ジュエリーとしてのダイヤモンドとは、まったく結びつきませんね。あのキラキラ輝く宝石が、エネルギーに変換されるとは驚きです。

研究者にとってはダイヤモンドも、あくまで物質、といったところでしょうか。

ダイヤモンドには、さまざまな人にとって、さまざまな利用価値があるのですね。

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エネルギー界は、今後もどんどん進化していくことが予想されます。

具体的にどうなっていくかといいますと、

ダイヤモンドが有する、電気的な特性を十分に発現させることができれば、将来の情報・通信、宇宙・航空、原子力、電力・エネルギー分野での活躍が期待できる、ダイヤモンド半導体デバイスを作製できると考えられる。(引用)

なお、工具やヒートシンク材料としては、実はもうすでに実用化されているようです。

すごいですね。

近い将来、あの美しいダイヤモンドが、たくさんの人々に利用される電力やエネルギーの材料になるかもしれません。

 

 

 

参考・引用文献

坪田敏樹 [著]『固体半導体機能材料の電気的及び熱的輸送特性の制御』

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