炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造を持つシート状の物質「グラフェン」は、ダイヤモンド以上に炭素同士の結合が強く、世界で最も引っ張りに強い物質であり、世界で最も熱伝導率が良い物質とされている。
そのグラフェンを応用し、「最強の防御」を得られるであろう素材が新たに開発された。グラフェンを2層構造にした「ジアメン（diamene）」は、強い力が加わった時、と貫通不能なダイヤモンドプレートに変化するという。
薄い素材で軽量なのにこの防御力。防弾服に最適である。
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グラフェンとは？
まず、グラフェンをご存知ない方のために説明しよう。蜂の巣状に並ぶ炭素原子で形成された平らな金網を想像してもらえばいい。
この配列にすると、各炭素原子の3つの電子が原子の手にかたく結びつき、1つは自由に動けるまま残ることから、炭素に素晴らしい特性をもらたす。
ルーズな電子という特性から伝導テクノロジーにも利用できるし、そのメカニカル特性を利用すれば狭いナノチューブを作り出すこともできる。
どちらもの場合も、グラフェンが平らな二次元構造であるゆえに可能になることだ。
image credit:グラフェンの分子構造モデル - Wikipedia
グラフェンを二枚重ねることで、弾丸貫通不能な無敵の防御素材に
アメリカ・ニューヨーク市立大学先端科学研究センターの研究者は、グラフェン・シートを2枚重ねて、強い力で潰された時に三次元のダイヤモンド状構造に変化するようにした。
これは4つめの電子が固定されるとグラフェンがまた別の有名な炭素同素体、すなわちダイヤモンドに変化する性質を利用したものだ。
またシートの伝導性が急激に変化することで、いくつか面白い電気的特性が生じる。だが、その応用としてまず考えられるのは軽量の保護材としてである。
ダイヤモンドの硬さを持つ史上最薄のフィルム「ジアメン」
「ダイヤモンドの硬さを持つ史上最薄のフィルムです」と研究の中心人物エリサ・リード（Elisa Riedo）博士は話す。
「グラファイトやグラフェンの単原子層では、圧力を加えても柔らかく感じます。ですが2層にして圧力を加えると、素材が突然とんでもなく硬くなるんです。ダイヤモンド以上にね」
不思議なことに3枚重ねると弱くなる
不思議なことに、層を3重にしてもシートは丈夫にならない。この驚異の特性はグラフェンを2層にした時にのみ発揮されるのである。
「グラファイトもダイヤモンドもどちらも完全に炭素でできていますが、原子の配列は素材によって異なります。このため硬度、柔軟性、伝導性に違いが現れるのです」と研究に携わったアンジェロ・ボンジョーノ（Angero Bongiorno）博士は説明する。
「新しい技法によってグラファイトを操作し、特定の条件ではダイヤモンドの特性を発揮させることが可能になりました」
最強の防弾服としての未来
応用する方法については今後さらに考案されることだろうが、将来の科学技術ではその構造や伝導性がますます大きな役割を果たすようになることは想像に難くない。
いつの日か、警察官や兵士などがジアメンを使った防弾チョッキで身を守るようになるかもしれない。宇宙を飛び回る小さな隕石から宇宙飛行士を守ってくれるかもしれない。
そして市販化されたら、忌まわしい銃乱射事件の被害者が減るかもしれない。
ついでにナイフなどの刃物からも守ってくれるとよいのだけれど、弾丸や隕石ほどの速さはないからどうなんだろう？
References: nature / iflscience / sciencealert/ translated by hiroching / edited by parumo
追記(2017/12/30)： 本文の一部を修正して再送します
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コメント
1. 匿名処理班
凶器になる気も。
2. 匿名処理班
記事の内容よりも「グラフェンの分子構造モデル」の写真が、静止画のはずなのに動いて見えて酔いそうになった。
これも何かの錯視かな。
3. 匿名処理班
ジアメンの弾・・・。
矛盾だな。
4. 匿名処理班
宇宙船の防御プレートに使えそう。デブリ対策で。
5. 匿名処理班
受ける力が強いだけの薄い素材だから
回りくどいしあまり凶器にはならないと思う
6. 匿名処理班
ダイヤモンドって傷には強いけど衝撃には弱いよね。ハンマーで叩くと割れるし。
だからダイヤモンドより硬いもので銃弾を防ぐと言われてもピンとこない。
7. 匿名処理班
この差材の防弾チョッキで一儲け
その後、この素材を打ち抜く銃弾を開発して一儲け
8. 匿名処理班
着てるうちにパッキパキになりそう
9. 匿名処理班
グラフェンとグラフィンどっちが正しいのかな
10. 匿名処理班
貫通不能といっても運動量を相殺できるわけではないからなぁ。
衝突の瞬間、弾頭がダイヤモンドの硬度になると考えればむしろ被害は拡大するかも？
11. 匿名処理班
最初に浮かんだのは防弾車。車重の軽減に役立ちそう。
ガードレールにいいかと思ったけど、設置する地面もあわせて対策しないと
固くなったガードレールごと歩道に押し寄せるだけだなぁ
12. 匿名処理班
砲弾の芯に使うか、タングステン芯をこれでまいて補強したら過ごそう。
13. 匿名処理班
ダイヤモンドは(ry
14. 匿名処理班
片栗粉水の強化版
15. 匿名処理班
３層重ねて弱化するなら、
４層重なればいいんじゃね？
16. 匿名処理班
一方日本ではカツオブシを削って
ナイフなみの切れ味を実現した
食べれるナイフを作っていた。
17. 匿名処理班
ＩＳＩＳ「商品化を待ち望む、」
18. 匿名処理班
人造ダイヤモンド製造の方が用途あるかも笑
19. 匿名処理班
タイラダンシー現象にちょっと似てる
20. 匿名処理班
現行のアサルトライフル弾丸で既に貫通力はそれ以上だから要人か警官向けの防弾衣類になる、この手の物は使用者は既にそれなりに安全を保証される身分だからねぇ、銃乱射事件やテロの現場で防弾チョッキを着ていた一般人は首謀者以外はほぼいない
21. 匿名処理班
グラフィンってなんやねん。
しかし３つ重ねるとってのは初めて知ったなー
つまり２層構造でもグラフェンコートの武器相手だと柔らかくなっちまうのかねぇ？
22. 匿名処理班
これはＳＦアニメの世界のような
23.
24. 匿名処理班
コレで弾頭作れば当たった瞬間に超硬化して貫通する弾丸作れそう
25. 匿名処理班
被弾した瞬間、重なり合うグラフェン同士が結合してダイヤモンド状になるって事なのかな
だとしたら一度そうなったら元に戻らないから、ゴルゴみたいなのが精密射撃で2連射で当てれば
ダイヤが砕けて貫通するんじゃね？
26. 匿名処理班
弾丸と薬莢が一緒に飛ぶなんて…
27. 匿名処理班
スーパー戦隊で使われてそうなネタだな
28. 匿名処理班
グラフェン分野がアツイですね
つい先程も自然界で最強レベルの引っ張り強度を持つクモの糸にグラフェン入りの水吹きかけたら、カサガイの歯を超える強度が得られたとか。とにかく将来が楽しみな素材
29. 匿名処理班
ダイヤモンドって引っ掻き傷について強いだけで、衝撃には弱いよ
30. 匿名処理班
液タブをこれでコーティングしてくれ
31. 匿名処理班
ダイヤモンドって引っかき傷がつかない的な意味で硬くても脆いんじゃなかったっけ？
32. 匿名処理班
これで防弾チョッキ作っても貫通しないだけで身体に大きな衝撃は受けるよね
33. 匿名処理班
多層：グラファイト
２層：ジアメン
１層：グラフェン
ってこと？
34. 匿名処理班
殴っても（衝撃）凹まないけど、乗ると（圧力）凹むマットレスみたいなもんだなｗ
35. 匿名処理班
※18
工業用ダイヤモンドをご存じないだと？
36. 匿名処理班
炭素で出来ているってことは、火攻めが有効かな？銃の乱射ではなく、火炎ビンだな、
37. 匿名処理班
2層構造のフィルムを多重にすれば完璧だな
38. 匿名処理班
ダイヤモンドは確かに驚くべき硬さではあるけど、銃弾を防げるほどなのか？
人間がハンマーで砕ける程度だぞ…
39. 匿名処理班
三枚以上だと電子が原子が自由に動ける面積減るからかな
四枚にしようと五枚にしようとその面積減るなら意味無さそう
40. 匿名処理班
いやいや･･･炭素原子1個分の厚さのグラフェンシート×2よ？
金箔は0.0001�伉�度の厚さにまで出来るけど、それでも金原子500層近い厚みになるんだよ？そもそもの原子のサイズ自体が炭素と金なら金の方が遥かに大きいのに。
結合強度は金と炭素じゃ比較にもならないけど、2層で銃弾を止める？寝言は寝て言えとしか･･･ｗ
2層グラフェンじゃ銃弾どころか、目に見えるサイズのありとあらゆる素材を一瞬も止める事は出来ないよ。銃弾どころか火薬の煙粒子1個すら全然無理ｗ瞬時に穴が空くｗ
ティッシュペーパーの方が数万倍も数十万倍も、あるいはもっと強いよ。
ただ、同じ厚さであれば、他の追随を許さない素材である･･･というのが眼目でしょ。
いつかすっごく薄くて頑丈なシートが作れるといいなぁ…という科学者の夢が、大きく近づいたって事。
なにより、ダイヤモンドって別に機械強度は高くないからね。あくまで「硬度が高い=引っかきに強い」のであって、一点集中で圧力掛けるなら鉄とかの方が圧倒的に頑丈だよ。劈開方向に加重掛けたら、銃弾どころかそこら辺の石ころに余裕で負けるっつーのｗ
41. 匿名処理班
なお製造コストは天文学的な模様
42. 匿名処理班
銃弾の貫通力ってのは回転力による摩擦熱なんだよな
だから水中に向けて撃つと、水の抵抗での熱と回転力が伝わらなくて、威力が弱まる
もっと言えば氷だと、ほとんど貫通しない
ダイヤモンドってのは比熱が、ものすごく小さくて熱が伝わりづらい
だから工業用ダイヤモンドとかで硬い素材を削ったりも出来る
43. 匿名処理班
グラフェン・シートで覆った弾丸で撃てば、防弾チョッキに着弾した瞬間3枚重ねになって無力化されちゃうのかな？
44. 匿名処理班
アメリカに行かない。はい解決
45. 匿名処理班
銃弾がこの素材で作られるのでは？
46. 匿名処理班
このダイヤモンド固いぞ信仰なんなの？
金槌で砕けるぞ
47. 匿名処理班
いくら硬くても衝撃は殺しきれんからなぁ
48.
49. 匿名処理班
衝撃には弱いダイヤモンドだからダイヤモンドより硬くなっても不安は残る
50. 匿名処理班
アメリカならマグナムスチールがあるじゃん
51. 匿名処理班
すごい防弾チョッキが出来ました、
って結果が出たらトラウマになりそうなコメントが多いな、冬休みか。
52. 匿名処理班
3層になると硬化しなくなるなら、1層のグラフェンで覆われた弾頭を使えば無効化できるのでは？
53. 匿名処理班
※15
そういうのありそうだよね、足し算なのか累乗なのか、それとも未知の規則性があるのか。
一桁ナノメートルの世界は不思議が一杯。
54. 匿名処理班
※25
仮にそうだとしても既存の防弾チョッキ素材も銃弾が当たると防御力下がるから同じことだよ
原則として一度でも被弾した防弾チョッキは使いまわしてはいけない
55. 匿名処理班
グラフェンって作るの難しかったんだけど、セロテープを黒鉛につけて剥がせば作れるじゃんって気付いた人がいてやってみたら実際に出来たんだよな
その後、気付いた人はノーベル物理学賞受賞
56. 匿名処理班
こういう新素材って色々と妄想が捗るねw
57. 匿名処理班
圧力が加われば加わるほど硬くなる劣化ウラン弾と勝負させたいな
58. 匿名処理班
最高ランクのボディーアーマーだと旧規格のライフル弾を数発防ぐらしいけど衝撃は伝わるから骨折や内臓破裂の危険があるらしい
この素材もそれをクリアできないと夢のボディーアーマーにはなれないのだろうか
59. 匿名処理班
※19
ダイラタンシーでは…？お気づきでしたら申し訳ありません
60. 匿名処理班
既存の軍用の防弾チョッキに入ってるセラミックプレートだって小銃弾が当たれば貫通はしないけど内出血するくらいもの凄いアザができる程度には痛いのよ？
コレを使えば防弾チョッキの重量軽減が期待できるんじゃないかな
61. 匿名処理班
プライベートライアンにあった、
ゆっくりナイフで刺す方法だと貫通しちゃうのかな
62. 匿名処理班
実験して欲しい
63. 匿名処理班
弾丸の先っちょにグラフェンを一層貼り付けておけば普通に貫通するのか ダメじゃん！
64. 匿名処理班
良く分からんけど
「衝撃に弱い、砕ける」とかコメントしてる人よりは理解した
65. 匿名処理班
グラフェン2層で防弾させるんじゃなくて、グラフェン2層を1セットとして何万セットって重ねるんだと思う。そんな事できるのかは知らないけど。
66. 匿名処理班
二層グラフェンの間にナノケブラー繊維の布地を挟んで幾重にも重ねて防弾チョッキが造れるのでは？ってこの前テレビで言ってましたね。因みに被弾時の衝撃はダイヤ状物質が生成される際の熱エネルギーに置換されるので、かなり軽減されるとか。まあそれでも場所によっては骨折は免れないみたいですけど(笑)
67. 匿名処理班
実用化されるなら
多層で鉄筋コンクリートみたいな内部基材にしたりとかになるのかな
加工した場合どこまで安定して物性保たれるのかわからないけど
68. 匿名処理班
単層グラファイトがグラフェンで、正６角形格子が平面に広がっている。２層にすると歪みの力を受けたときに炭素原子が正４面体状に配位する力を受ける。これはダイヤモンドの配位構造になるので強度が出るということではないか。正４面体になるためには２層必要で、だから２の倍数でないとキレイな正４面体構造を作れないのではないだろうか。
69. 匿名処理班
今お前は
《ジアメン》
【金剛箔壁】
なんて感じの魔法を想像しただろう
いわなくてもおれにはわかるんだ
70. 匿名処理班
この画像的に貫通はしなくてもめり込んでるし骨折や内臓破壊くらいは起こりそう。。。
71. 匿名処理班
ジアメンにはジアメンをぶつけんだよ！（さだかや感）
72. 匿名処理班
※9
発音記号を見ると ɡræf.iːn とあるから、ゆっくり発音すると、グレアフィーンとなり、日本語風発音にするとグラフィーンかな。
最後が子音＋ e で終わるときには、その子音の前の a,e,i,o,u はそのアルファベットの発音、 エイ、イー、アイ、オウ、ユウと発音することが多く、 graphene はこの原則でもイーンで終わることが想像されますから、この原則とも合致します。参考になれば幸甚。
73. 匿名処理班
グライフェンと錯覚したフレームアームズユーザーは
私だけじゃないと思いたいが･･･。
74. 匿名処理班
つまり三本の矢は実は弱かった・・・？
75. 匿名処理班
※28
仮面ライダーエグゼイドにそのものズバリ「グラファイト」って敵キャラがいる
なお別に防御力が高いわけではない模様
76. 匿名処理班
宇宙エレベーターもカーボンナノチューブなら吊れるとか、炭素って凄いのね
耐火性はどう上げるのかな？
77. 匿名処理班
キャプテンブラボー「ここまでシルバースキンのコメントが無かった件」
78. 匿名処理班
これが謎カーボンか
79. 匿名処理班
ダイヤモンドの大小かかわらず銃弾撃ったら粉砕する未来しか見えないんだが
その硬さとやらで本当に守れんのか？
80. 匿名処理班
熱耐性はどうなんだろう
81. 匿名処理班
ダイアの特性がしれわたってる昨今じゃこの例えは失敗よねー
同じ重さor薄さの鉄に対してこちらの強度は!...っていうオーソドックスなほうがわかりやすい
炭素つながりであっても何を伝えたいかで表現はかえないとね
82. 匿名処理班
この手の話題になると、意味分からなくてもとにかく否定しようって奴が大量発生するよな。
83. 匿名処理班
車のボディに仕込んでくれたら、安全性上がりそうだよね
84. 匿名処理班
カーボンのすごい版ってことでしょ？
85. 匿名処理班
※43
未来のほこたてやな
86. 匿名処理班
いつか５０年後とかターミネーターが着るんだよね。
87. 匿名処理班
銃社会の国には近寄らないのが一番だね。
日本で暮らせることの幸せを痛感するよ。
88. 匿名処理班
いや貫通しなくても衝撃で骨折れたり臓器死んだりしそう
89. 匿名処理班
炭素フィルムがダイヤモンド化するエネルギーは、銃弾のエネルギーを消費しきるほどなんだろか？
90. 匿名処理班
iPhoneのケースに採用してくれ
91. 匿名処理班
専守防衛の日本がこういう部材を開発してふさわしいでしょう。
攻撃的なアメリカは銃がメイン。日本は最強の盾を開発する。
そのうち日本列島を覆い包むバリアーの開発もしてほしい。