カーボンナノフォームとは？わかりやすく解説

カーボンナノフォーム (Carbon nanofoam) は、1997年にオーストラリア国立大学のアンドレイ・ロードらが発見した炭素の同素体である^[1]。緩い3次元の網状に並ぶ低密度の炭素原子のクラスターである。

それぞれのクラスターの大きさは6nm程度で、約4000個の炭素原子がグラファイトのような薄層を形成し、六角形構造の中に七角形が包摂されることで負の屈曲性を持つ。これは、五角形が包摂されて正の屈曲性を持つバックミンスターフラーレンの場合と逆である。

カーボンナノフォームのマクロ構造はエアロゲルと似ているが、これまで作られたカーボンエアロゲルの1%の密度であり、海面上の空気のわずか数倍の密度である。またエアロゲルとは異なり、カーボンナノフォームは弱い電気伝導性を示す。カーボンナノフォームには多くの不対電子が含まれるが、ロードらはこれは炭素原子が3つの結合しか持たないためだと説明する。また磁石に引き寄せられ、-183℃（キュリー温度）以下ではそれ自体が磁石になるというカーボンナノフォームの最も特異的な性質は、これが原因である可能性もある。

出典

^ Rode, Andrei V.; et al. (1999). “Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation”. Applied Physics A: Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522.

関連文献

Rode, A. V.; Gamaly, E. G.; Luther-Davies, B. (2000). “Formation of cluster-assembled carbon nano-foam by high-repetition-rate laser ablation”. Applied Physics A: Materials Science & Processing 70 (2): 135–144. doi:10.1007/s003390050025.
Rode, Andrei; Gamaly, Eugene; Luther-Davies, Barry. "Method for deposition of thin films", International Patent Application No. PCT/AU98/00739, priority date 11 September, 1997; "Method of deposition of thin films of amorphous and crystalline microstructures based on ultrafast pulsed laser deposition", US 6312760 (2001).
Rode, A. V.; et al. (2002). “Electronic and magnetic properties of carbon nanofoam produced by high-repetition-rate laser ablation”. Applied Surface Science 197–198: 644–649. doi:10.1016/S0169-4332(02)00433-6.
Rode, A. V.; et al. (2004). “Unconventional magnetism in all-carbon nanofoam”. Phys. Rev. B 70 (5): 054407. doi:10.1103/PhysRevB.70.054407.
Gamaly, E. G.; Rode, A. V. (2004). “Nanostructures created by lasers”. In Nalwa, H. S.. Encyclopaedia of Nanoscience and Nanotechnology. 7. Stevenson Range: American Scientific Publishers. pp. 783–809
Rode, A. V.; et al. (2005). “Strong paramagnetism and possible ferromagnetism in pure carbon nanofoam produced by laser ablation”. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 290–291 (1): 298–301. doi:10.1016/j.jmmm.2004.11.213.
Arčon, D.; et al. (2006). “Origin of Magnetic Moments in Carbon Nanofoam”. Phys. Rev. B 74 (1): 014438. doi:10.1103/PhysRevB.74.014438.
Blinc, R.; et al. (2006). “¹³C NMR and EPR of carbon nanofoam”. Physica Status Solidi B 243 (13): 3069–3072. doi:10.1002/pssb.200669152.
Rode, A. V.; et al. (2006). “Magnetic properties of novel carbon allotropes”. In Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. Carbon-based magnetism: an overview of the magnetism of metal free carbon-based compounds and materials. Amsterdam: Elsevier. pp. 463–482. ISBN 0-444-51947-5
Lau, D. W. M.; et al. (2007). “High-Temperature Formation of Carbon Onions within Nanofoam: An Experimental and Simulation Study”. Phys. Rev. B 75 (23): 233408. doi:10.1103/PhysRevB.75.233408.

[Rode1999-1] Rode, Andrei V.; et al. (1999). “Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation”. Applied Physics A: Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522.

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表話編歴炭素の同素体
sp³型	ダイヤモンド（立方晶）ロンズデーライト（六方晶ダイヤモンド）
sp²型	グラファイトグラフェンフラーレン類 C₆₀バックミンスターフラーレン C₇₀ フラーレンウィスカーカーボンナノチューブカーボンナノホーンカーボンナノバッドカーボンナノスクロール（英語版）ガラス状炭素
sp型	直鎖アセチレン性炭素シクロ[18]炭素
sp³/sp²混合型	無定形炭素カーボンナノフォームカーバイド誘導炭素（英語版） Qカーボン
その他	C₁ C₂ C₃ C_{8(プリズマンC8)}
仮説上	チャオ石 C₃ C₆ ヘッケライト cubic carbon（英語版）金属炭素（英語版）ペンタグラフェン（英語版）
関連物質	活性炭カーボンブラック木炭炭素繊維カーボンナノファイバー（英語版）ダイヤモンド・ナノロッド凝集体ブルーカーボン
関連項目	ナノグラフェンナノシートナノマテリアルナノテクノロジー炭素繊維協会日本化学繊維協会

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