今月は、名城大学教授、ＮＥＣ基礎研究所特別主任研究員の飯島澄男氏に、カーボンナノチューブについてのお話をうかがった。

人間が作れる最も細い筒

――カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を世界で初めて発見されたと聞いています。
飯島：私は小さな世界・ナノメートルの世界の現象を調べることがライフワークです。いろいろな観測手段のうち、電子顕微鏡で物性を評価することを専門に３０年以上研究を続けていました。そして電子顕微鏡技術もわれわれが初めて開発したもので、その技術は世界一と自負しています。それらの経験と知識を積み重ねた結果の一つとして、１９９１年に発見したものがカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）です。

――そもそもどのようなものですか。
飯島：カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）とは、六角形の金網のように並んだ炭素原子の膜を丸めて中を空洞にした筒型の物質で、直径は１～数ナノメートルしかなく、現在人間が作り出すことができる最も細い筒と言われています。
　 ナノテクノロジーの分野で扱うのはナノメートルという単位の世界ですが、１ミリメートルの１０００分の１が１ミクロン、さらに１ミクロンの１０００分の１が１ナノメートルです。たとえば私たちの髪の毛が数１０ミクロンですから、髪の毛の１０００分の１の世界ですね。当然目では見えないし、電子顕微鏡がないと見えないそういう世界です。

ダイヤモンドより強い

――ナノテク分野で代表的な新素材と言われているのはなぜですか。
飯島：カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の強度は実に鉄の２０倍、重さはアルミニウムの半分以下です。最も硬い材料としてダイヤモンドはよく知られていますね。確かにダイヤモンドはあらゆる方向からの力に強いのですが、ナノチューブは繊維の方向に引っ張るとダイヤモンドよりも強いんです。炭素が手をつないで材料ができるわけですから、つながりの強さがダイヤモンドよりも強いということです。切ろうとしてもなかなか切れず、金属よりもはるかに強い材料といえます。また、筒の巻き方や太さなどによってよく電気を通したり、半導体になったりすることから、シリコンと同じようにトランジスタを作ることができます。さらに、高い分子吸着力といった特性も注目されています。

様々な応用の試み

――具体的に実用化の面ではどのような試みがありますか？
飯島：おそらくいちばん早く実用化されるのは薄型のテレビ画面で、多分２～３年のうちにマーケットに出てくると思います。普通のブラウン管は簡単に言えば、針金に電流を流し温度を上げ、その先端から電子を無理矢理放出させるといった仕組みですが、熱いということは熱の分だけエネルギーを損失しているのです。ところがカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使うと電圧をかけるだけで自然に電子が引っぱり出され、加熱しなくても室温で電子が出てきます。ですから省エネタイプのテレビ画面ができるわけです。具体的には多分ブラウン管の５分の１～１０分の１の消費電力で、薄型でしかも大画面のものができると思います。
　 あとは燃料電池の心臓部に使われることも考えられています。
　 さらにバイオ分野では、薬をある場所に集中的に投与するための運搬用にＣＮＴを使う研究を私の研究室で進めています。吸着力がある素材なので、薬をチューブの中に入れてしまえばカプセルのようになります。材料としては非常に小さく体への親和性があるので、そのような目的に使用できるのではないかと考えています。
　 あるいは、ＤＮＡ（遺伝情報）が選択的に炭素の表面にくっつく性質を利用して、ＤＮＡの選別に使えます。これは既に実験に成功しています。ヒトゲノム（ヒトのＤＮＡ）が完全に解読されましたので、今度はどういうＤＮＡがどういう体の機能に相当するかを理解すれば、その情報を使って人間の耳を作ったり鼻を作ったりできるわけです。タンパク質はみなＤＮＡでできていますから、ＤＮＡからタンパク質を作るという方向にバイオテクノロジーは今大きく流れつつあります。ですからそのＤＮＡの扱いに炭素の表面を使おうという研究がこれから注目されていくのではないかと思います。
　 また構造材料としての利用も考えられます。鉄のような金属だと重すぎる分野ではアルミやマグネシウムなどの軽金属を使うわけですが、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）にすればさらに軽くて強いわけですから、まず航空機やロケット、宇宙ステーションなど空を飛ぶものの材料として使われるでしょう。
　 このように、素材の持つ特性を生かしたさまざまな応用の試みが現在進められています。