炭素 は魔法の元素です。地球上のあらゆる生物の骨格を構成する基本的な要素であり、人体において最も重要な元素です。 炭素材料 炭素材料は、相反するものを融合させ、一体化させるという点でも独特です。髪の毛のように細く、羽のように軽く、鋼鉄よりも強いという特性を持つこともあります。炭素材料は絶縁体と導体、断熱性と熱伝導性、そして光を完全に吸収する性質と完全に透過する性質の両方を持ちます。この多様性こそが、炭素材料の特性と用途において、常に変化に富み、他に類を見ない存在となっている理由です。
「木炭」と「炭素」の違い
炭素とは 材料, which are solid substances with carbon as the main component. The chemical composition is impure and often contains other impurities, such as coal, carbon black, coke, etc.
炭素は元素のことを指し、炭化物、炭素平面網、炭酸塩など、炭素原子や炭素元素に関連した言葉が使われます。
炭素材料の分類
炭素材料 カーボン材料は長い歴史と多様な種類を有しており、従来のカーボン材料（クラシックカーボン）、特殊カーボン材料（スペシャルカーボン）、ナノカーボン材料（ナノカーボン）の3つのカテゴリーに分けられます。ナノカーボン材料と特殊カーボン材料は、下図に示すように、総称してニューカーボン材料と呼ばれます。
活性炭
活性炭は、特殊な加工により細孔構造が発達し、表面積が広い炭素です。吸着力が強く、比表面積も大きいです。内部の細孔構造が発達しており、嵩密度が低いのが特徴です。活性炭は、浄水、脱硫、脱窒、溶剤回収、緊急吸着、水銀除去などに広く利用されています。また、ガス精製や改質における触媒や触媒担体としても用いられています。
フラーレン
フラーレンは、炭素のみで構成された中空分子です。球形、楕円形、円筒形、管状の形状をとることができます。フラーレンは優れた電子輸送特性を有し、有機太陽電池のアクセプター材料として利用できます。水溶性フラーレンは酸化特性を有し、様々な活性酸素種を生成します。フラーレンは強力な光増感剤であり、三重項酸素を活性一重項酸素に変換します。フラーレンには、しわ防止、美白、抗炎症、修復効果があります。人体への重大な害はありません。
カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブは一次元ナノ材料であり、高い強度、導電性、熱伝導性を備えています。新エネルギー車、3Cデジタル製品、半導体、電力インフラなどの産業で広く利用されています。カーボンナノチューブの主な商業需要は、リチウム電池と導電性プラスチックで、その需要の801億トン（3兆円）以上がリチウム電池産業によるものです。
ナノダイヤモンド
ナノダイヤモンドは、ナノメートルスケールのダイヤモンド材料です。耐摩耗性や熱伝導性など、バルクダイヤモンドと同様の優れた特性を備えています。ナノダイヤモンドは、金属、ゴム、プラスチック、ガラスなどの材料のコーティングとして広く使用されています。また、潤滑剤や微細研磨材としても使用されています。研究者らは、ナノダイヤモンドを用いてリチウム電池のデンドライト成長を抑制し、安定した電池動作を実現しています。ナノダイヤモンドは、冷陰極電界放出、電気化学電極、光学窓、量子通信、薬物送達などの分野で有望な用途が期待されています。
多孔質炭素
多孔質炭素は多様な細孔サイズを有し、多様な細孔構造を持つ炭素材料と捉えることができます。多孔質炭素は、高い化学的安定性、酸・アルカリ腐食耐性、高い導電性を有しています。低コストで、ガス分離、浄水、触媒、太陽熱淡水化などに広く利用されています。また、断熱性と耐熱性を一体化した熱保護材料として、航空宇宙用途にも使用されています。
グラフェン
グラフェンは二次元炭素材料です。ハニカム格子状に配列した炭素原子の単層から構成されています。グラファイト、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、フラーレンといった他の炭素同素体の基本構造要素です。グラフェンは優れた光学的、電気的、機械的特性を有し、材料科学、マイクロナノプロセス、エネルギー、バイオメディカル用途などの分野で大きな可能性を秘めています。グラフェンは未来の革新的な材料と考えられています。