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1. リサイクル性・持続可能性 2. 加熱と熱管理 3. 複合材料におけるナノカーボンの利用 4. 燃料タグによる認証 5. ろ過 6. グラフェンの電子テキスタイルへの応用 7. スーパーキャパシタへのグラフェンの応用 8. グラフェンを用いたSi負極電池 9. R2R CVDグラフェンのスケールアップ 10. R2R CVDグラフェンのリチウムイオン電池への応用 11. 耐腐食性コーティング 12. CVDグラフェンのバイオセンシングと電子応用
皆さん、こんにちは。
私は、TechBlick（www.TechBlick.com）のCEOであるDr Khasha Ghaffarzadehです。私は、10年以上にわたってグラフェン、カーボンナノチューブ、2D材料業界を追跡・分析してきました。主要な市場レポートを発行し、すべての主要な会議で発表し、数多くのコンサルティングや投資デューデリジェンスを行ってきました。この間、私はすべての浮き沈みを経験し、世界中のすべての主要なプレーヤーと密接に関わりを持ってきました。 本稿では、グラフェン産業がいかに成熟し、多様な用途が見出されているかを示す、この分野の興味深い開発事例を紹介する。ヒートスプレッダ、防錆コーティング、大面積加熱、リサイクルHDPEからのパイプ、R2Rスーパーキャパシタ電極、Si負極電池、自動車、燃料マーカー、バイオセンサ、Liイオン電池電極、超濾過、複合材、eテキスタイル、その他におけるグラフェンの応用を取り上げます。
TechBlickでは、毎年、新技術に関する350以上の厳選された講演を提供しています。年間パス1枚で、すべてのライブイベントにオンラインで参加でき、コミュニティとの交流やネットワーキング、マスタークラスへの参加も可能です。ネットワーキングとバーチャル交流の仕組みはこちらからご覧ください。
2021年4月14日～15日に開催される次回のLIVEカンファレンスでは、グラフェン、ナノカーボン、2D材料に関する最高のスピーカーラインアップを取り揃えました。LG Electronics、ABB、Fiat、Tata Steel、Gerdau、Tungshu、Thales、Inov-8、Varta、ASML、BASF、Cabot、IP Group、Raymor/PPG、NanoXplore、Qenos、Avanzare、6th Element、Cardea Bio、VTT、Grapheal、その他多数の企業がスピーカーとして参加しています。
年間パスポートは、20％割引のコード「Graph20」を使って、年間400ユーロで購入することができます。 2021年4月3日。 このイベントやTechBlickのイベントシリーズについて相談したい場合は、私（Khasha）とのミーティングを予約してください。 をご覧ください。
スピーカーは以下の通りです。
リサイクル性と持続可能性
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今回の出展企業であり、スポンサーでもあるNanoXplore社のデータを紹介します。同社はカナダのモントリオールに本社を置き、年間4,000トンの生産能力を持ち、さらに10,000トンへの拡張を目指すなど、スケールアップの面でも世界をリードしています。
下図は、産業用流体・ガスパイプの一般的な材料であるバージンHDPEと、55%の再生材にナノエクスプローラのグラフェン添加物を1wt%加えたHDPEの剛性を比較したものです。剛性は変化していないことが分かります。左のグラフは、1wt%のグラフェン添加物を添加したリサイクル材が、3000時間の紫外線と風化の暴露後も機械的特性を維持できることを示しています。その他のKPIも改善されるか、あるいは変化していません。
このデータにより、リサイクルHDPEのパイプへの取り込みが促進される可能性があります。市場規模を考えると、たとえ1wt%の添加量でも、これは膨大な量のアプリケーションに換算することができます。
NanXploreの最新情報を聞き、彼らのチームと交流するために、私たちのTechBlick 2021に参加してください。年4月14日～15日に開催されるグラフェン、ナノカーボン、2D材料に関するイベント。
グラフェンの環境配慮は、さらに進んでいる。一般に、循環型経済への意識の高まりは、ポリマーコンポジットにおける将来の添加剤や機能性フィラーの要件に深く影響する。基調講演者の一人である BASF 社は、グラフェンが「ポリマー材料の流れに異物を混入させず、他の機能性フィラーに比べてポリマーの加工性や力学への悪影響がはるかに少ない」ため、将来の要件に合致すると主張する。
このグリーン・グラフェンへの流れは、グラフェンの新興企業にも表れている。その好例が、Bright Day Graphene ABである。同社は、バイオマスを利用したグラフェン製造プロセスの開発とスケールアップを目指している。
BASF、NanoXplore、Bright Day Grapheneの話を聞き、交流するために、年間400ユーロでTechBlickコミュニティに参加してください（締切：2021年4月3日）。
加熱・熱対策
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グラフェンは熱特性に優れている。実際、Huawei社は、同社のフラッグシップモデルにrGOベースのヒートスプレッダーフィルムを採用している（下の左画像参照）。中国のSixth Element社（ファーウェイの材料供給会社）によれば、「現在、この用途では年間数百トンのグラフェンが消費されており、現在も増え続けています」とのことだ。これは、おそらく世界最大のバルクグラフェン用途であり、基本的に中国で生産・消費されている。
下の右の図は、同じくSixth Element社によるもので、rGOヒートスプレッダーシートが、熱分解グラファイトシート（PGS）に対してどのように差別化されているかを示しています。特に、一般的なPGSの熱伝導率は厚みが増すにつれて低下するのに対し、rGOシートは厚みが大きくても安定した1200W/mKに達しています。
放熱におけるグラフェンには、他にもさまざまな利用例が考えられる。特に、熱界面材料のフィラーとして使用したり、垂直配向させて優れた異方性z軸熱伝導率を実現したりすることができる。
グラフェンは、加熱用途にも商業的に利用されている。以下の例は、すべてShaanxi Huaqing Yifeng New Material社によるものである。 2021年4月14日～15日に開催されるLIVEカンファレンス。 左の画像は、防水・難燃に対応したR2R発熱フィルムです。真空パックされており、50年の耐用年数があります。中と右は、それぞれカーペットと絵画の裏に大面積の印刷を施した発熱フィルムです。R2R印刷とグラフェンを組み合わせた大面積グラフェン応用例です。
TechBlickのバーチャルネットワーキングラウンジで、最新の情報を入手し、コミュニティと交流してください。グラフェン、ナノカーボン、2D材料に関する今回のイベントでは、Tungshu、Sixth Element、Hangzhou Gaoxi、Shaanxi Huaqing、Leader Nano、西安Tang Dynasty Huaqingなど、中国からの著名スピーカーによるユニークな講演が予定されています。
ナノカーボンの複合材料への応用
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最近の成功例としては、Inov-8がマンチェスター大学のグラフェンセンターと共同で行った、スポーツシューズへのグラフェン採用が挙げられる。当初、グラフェンはアウトソールのゴムに使用され、従来のアウトソールに比べて強度と弾力性が50％程度向上することが確認された。数週間前の時点で、グラフェンは足下のフォームにも加えられています。添加物の世界は、決して静止しているわけではありません。より少ない添加物でより高い性能を実現する「モア・フォー・モア（more-for-more）」を目指す動きは、常にフル回転しているのです。そして今、キャボット社は、非常に有望なナノカーボン添加剤を発売しました。
キャボットの最新の結果は以下のとおりです。右の画像は、これらのナノカーボン (CNS) がカーボンブラックや多層 CNT よりも優れており、ポリカーボネートにおいて低負荷で低い抵抗率を達成している様子を示しています。左の画像は、これらのカーボンナノ構造が、ポリカーボネートの遮蔽効果を低負荷または同負荷で向上させている様子を示しています。 参加 TechBlick LIVE（オンライン）イベント は、Inov-8、Cabot Corp、University of Manchesterの最新情報を聞くことができます。また、年間を通じてイノベーション・コミュニティと交流することができます。イベントプラットフォームの仕組みを見る をご覧ください。
フューエルタグによる認証
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グラフェンの意外な用途として、液面標識への応用が挙げられる。Quantag（イスタンブール出身）は、燃料の出所とブランドを認証する燃料マーカーとして使用できるグラフェン量子ドットを開発した（下図）。
2021年、TechBlickのプレゼンターの一人であるQuantagは、400万トン以上の燃料を保護するための500Kgのグラフェン量子ドットの製造に成功しました。Quantagは、斬新なセンサーを含む完全なソリューションを提供しています。このフルシステムは、高い精度と感度で燃料を現場で認証し、石油会社が燃料マーキング業務のためのオールインワンソリューションを持つことを可能にします。
フィルトレーション
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カーボンナノメンブレン（CNM）は、自然界に存在する高効率な生物ろ過膜に相当する技術である。下図（左）に示すように、CNMは従来の高分子膜よりも水の移動が桁違いに速く、驚異的な阻止率も兼ね備えています。
発表者の一人であるCNMテクノロジーズ社は、ナノメートルの薄さのCNMの性能をほとんど維持したCNM複合膜を開発しました。このCNM複合膜は、研究所、製薬、半導体産業などの超純水のような成長市場において、低圧/無圧駆動の水処理プロセスでの新しいアプリケーションを可能にします。膜のサイズはここ数年で拡大しているが、この分野ではさらなる開発が必要である。
なお、他の2次元材料も膜として機能することができる。マンチェスター大学のスピンオフ企業であるMolymem社も、5年の歳月をかけてMoS2ナノ膜シートを開発した。左の画像は、このナノ膜です（挿入図は、2017年の時点で小さいサイズ）。2017年の段階で、機能化剥離したMoS2からなる5μmの膜を実証し、海水中のイオンを99％拒絶できる一方、酸化グラフェン膜で報告されているよりもかなり高い（～5倍）水流束を維持できると主張している。ここでも、膜のサイズを拡大し、圧力下での耐久性を向上させ、コストを下げることが技術的な課題となっている。
グラフェンは、エアフィルタの分野でも付加価値を生むことができる。LIGC社（イスラエル）は、ポリマー基材の上にグラフェン導電性メッシュを製造している。これは、PIにCO2レーザーを照射することで作られる。このグラフェンメッシュは、カーボンブラックと比較して高い効率で有機微粒子や病原体を加熱、感電、中和することができるとしています。
インタラクティブなLIVE TechBlickカンファレンス「Graphene and 2D Material Applications and Commercialization」（2021年4月14日～15日）に参加して、これらすべての企業の最新情報を聞き、講演者や他のグラフェンおよび2D材料コミュニティと交流してください。
電子テキスタイルにおけるグラフェン
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Grafen ABは、デジタルテキスタイルインターフェースを開発しています。下図（右）のように、バインダーや接着剤、ポリマーを使わずに、グラフェンを布地に添加するのだ。このグラフェンは、「繊維に巻きついて皮膚を形成する」。この特殊なグラフェンを加えることで、布の中にユニークな導電性構造を作り出すことができるのだ。この導電性生地を使って、身体にシミュレーションを施したり、熱を伝えたり、ECGやEDAなどの信号を連続的に測定したりすることができる。Grafen ABや、Hangzhou Gaoxi Technologyなど、e-textilesに積極的な企業は、来るTechBlickカンファレンスでプレゼンテーションを行う予定です。
スーパーキャパシタにおけるグラフェン
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TechBlickカンファレンスでは、優れた結果を残したThales社による興味深い開発の一つを紹介します。ここでは、アルミニウム基板上にRGO/CNTの混合物をスプレーガン蒸着することで電極を製造しています（下図参照）。現在、ThalesはこのプロセスをNawa Technologiesに移管し、ロール・ツー・ロール生産とデバイスの最終パッケージングを行っています。今後開催されるTechBlickカンファレンスで、Thalesはこれがどのようにして可能になったのか、また最近の開発状況を紹介する予定です。
Si負極電池におけるグラフェン
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シリコンは、卓越した高い体積および重量リチウム貯蔵能力と、低い充放電電位を提供します。しかし、この高い貯蔵能力は、リチウムの挿入／取り出し時の高い体積変化を伴い、ホスト材料の寸法安定性が急速に低下する。 TechBlickの講演者の一人であるVarta Micro Innovationは、グラフェンが高い導電性と機械的に安定したマトリックスを提供し、この大きな体積拡大を抑制または緩衝できることを紹介する。その新しい組成を用いることで、リチウムイオン電池の容量を30%増加させることができます。
レイモアとPPGインダストリーは、工業規模のプラズマ由来グラフェンとその独自の配合が、Si負極電池においていかに重要な役割を果たすかを紹介する。実際、ナノグラフ社（旧SiNode社）のSi陽極電池の基材を供給している。
参加 TechBlick LIVE（オンライン）イベント Varta、Raymor、PPG Industriesの最新情報を聞くことができます。また、年間を通じてイノベーション・コミュニティと交流することができます。イベントプラットフォームの仕組みはこちら
R2R CVDグラフェンのスケールアップ
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LG Electronicsは、R2R CVDの生産をスケールアップした。2012年に研究を開始し、2019年に商業的に立ち上げた。400mmのCu膜にグラフェンを1時間当たり60mの速度でCVD成長できる（左）。また、4〜6インチのSiウエハー基板も処理できる。全体の生産能力は約28,800平方メートル/年です。プロセスの最適化と優れた品質管理のために、138項目のパラメーターをデータベース化している。
General Graphene Corpは、大気圧CVDグラフェンのスケールアップと商業化のため、2000万ドルを調達した。R2R CVDグラフェン製造では、最大100k㎡/年を達成することができ（右図）、特にバッテリー分野での応用をターゲットにしている。グラファイトでコーティングした電極の上にCVDグラフェンを置くと、電池の寿命が飛躍的に向上するというデータが出ている。今後は、この付加価値がコスト増と複雑さに見合うものであることを証明する必要がある。
LG ElectronicsとGeneral Graphene Corp.の最新情報を入手し、交流するために、以下のイベントに参加してください。 TechBlickのコミュニティ。
R2R CVDグラフェンによるリチウムイオン電池の実現
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交通機関の電動化により、電池の需要が大きく伸びている。もちろん、Liイオン電池は主要な電池技術である。リチウムイオン電池の問題点の1つは、高率放電や複数回の充放電サイクルの後に、食器洗い容量が失われることである。
R2R CVDグラフェンは、その解決策になるかもしれない。以下は、General Graphene Corp.の研究成果である。ここでは、CVDグラフェンは、アルミニウム箔とコーティングされたグラファイト電極の間に配置されている。CVDグラフェンの役割は、電池が高いCレートで何度も充放電を繰り返しても、電極の組成をコンパクトに保つプロテクターである。
その結果は有望である。4層のCVDグラフェンを用いた電池は、導電性下地のみを含む集電体と比較して、二次電池の充電率をはるかによく維持できることを示している。これは興味深いアプリケーションです。もちろん、課題は、これをスケールアップすることと、常に$/kWhを下げているバッテリー業界にとって適切な価格帯で提供することである。
耐腐食性コーティング
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グラフェン・コーティングの主な用途の1つとして、防錆コーティングが浮上しています。TechBlickでは、南米最大の鉄鋼メーカーであるGerdau社が、GEIC@Manchesterと共同で開発したグラフェンベースの防錆コーティングに関する最新の成果を展示する予定である。当然のことながら、タタ・スチールも、バッテリーケースの用途でニッケル電気めっき鋼を酸化から保護するためのグラフェン・コーティングの研究に取り組んでいる。興味深いのは、タタ・スチールがこの用途にR2R CVDグラフェンを採用していることだ。これは、他のほとんどのグラフェンベースの防錆層が溶液コーティングをベースにしているのとは異なる。
以下に、いくつかの結果を示す。ここでは、バージンのニッケルめっき鋼（画像a）を、CVDグラフェンをコーティングしたもの（画像c）とコーティングしていないもの（画像b）で酸化させている。保護されていない材料は完全に酸化され、微細構造に明らかな変化が生じている。
タタ・スチール社およびゲルダウ社の最新情報を入手し、交流するために、以下のイベントに参加してください。 TechBlickコミュニティ.
CVDグラフェンのバイオセンシングと電子応用
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CVDグラフェンは、長い間、実験室の中だけのものだった。しかし、現在では市場に出てきている。その代表的な例が、CVDグラフェンFETベースのバイオセンサを商品化しているCardea Bio社（旧Nanomedical Diagnostics社）である。カルデアバイオは、優れたインタフェースを備えたパッケージ型チップ統合ソリューションの開発に踏み切り（下図左）、生物学からグラフェンFET、電子チップ、MLベースのソフトウェア、さらには携帯電話やアプリへとつなげました。これは、コンフィギュラブルなベース技術として機能するリープフロッグフォワード（飛躍的進歩）です。
同様に、VTTは、高感度グラフェンセンサーのモノリシックCMOS集積を開発し、多重バイオアッセイによる定量的オンチップ・バイオアナライザーを提供する取り組みについて発表します（下記右画像参照）。VTTは、グラフェンと2D材料を半導体プラットフォームに統合することを目的とした2D実験パイロットライン（2D-EPL）を立ち上げる欧州のエコシステムの一翼を担っています。
VTTの受託製造サービスには、100-200mmウェハープラットフォーム上でのグラフェン加工とCMOS集積、グラフェンセンサ用IC設計、プリントグラフェンエレクトロニクスとファブリックが含まれます。
中国のSIMIT研究所も、素晴らしいプロセス制御を実証しています。2インチ～8インチの単層単結晶グラフェンを銅膜、CuNi合金膜、Ge上に成長させることができる。また、シリコン酸化膜/シリコン上に金属層なしで直接成長させた多結晶グラフェンウェハを提供することができ、これは重要なマイルストーンとなっている。さらに、h-BN薄膜は、1層から多層まで、最大30 nmの厚さで作製することができる。
Grapheal社（フランス）は、連続モニタリングや現場での診断を可能にするウェアラブルで使い捨てのバイオセンサーを開発しています（下の中央の画像参照）。このスマート包帯は、生体適合性ポリマー層にバックボンドした単層グラフェン多結晶層の統合に基づいている。このバッジは、物理的パラメータの遠隔測定が可能なため、傷の進化をモニターする診断用であり、グラフェンが成長マトリックスとして機能し、その導電性により電気パルスの適用で治癒を促進できるため、治療用でもある。
グラフェニアは、グラフェンファウンドリーシステムを発売し、業界の大きな課題に取り組んでいます。一般に、グラフェン・デバイスやアプリケーションの開発は、ファウンドリー・エコシステムがないため、設計からCVD成長、デバイス設計・製造まですべてをマスターしなければならず、困難だった。Grapheneaは、5μmのフィーチャーサイズのグラフェンデバイスの成長、転写、ダイスメタライズ、封止をすべて一箇所で行うことができるようになったのです。
最後に、グラフェンは1nmテクノロジーノードへのロードマップを提供する可能性もある。下の図は、imecの研究に基づいてASMLが作成したものです。この図は、2次元材料のシートが、トランジスタの技術ノードを1nm以降に拡大するために不可欠であり、その結果、我々の現代生活を支えてきた最も重要な技術トレンドが維持される可能性があることを示しています。
最新情報をお聞きになりたい方は、こちらへどうぞ。 くみあわさる Cardea Bio、Graphenea、VTT、Grapheal、SIMIT、ASMLと一緒に参加してください。TechBlickのコミュニティ。
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[This is automatically translated from English]