エジソンの「竹を使った電球」からグラフェンが生成できることが示された (2/3)

エジソンの電球が実はグラフェン炉として機能していた

本当に、ただの白熱電球がグラフェンを焼く「小さな炉」になり得るのでしょうか。

この謎に答えるために、研究者たちはまずエジソンの特許に書かれた条件にできるだけ近い炭素フィラメント電球を手に入れました。

フィラメントは日本産竹を炭にしたもので、太さはおよそ170マイクロメートル、そして中はしっかり真空に保たれています。

次に、この電球をプログラム可能な電源装置につなぎ、エジソンと同じ110ボルトの直流電圧を20秒だけかけました。

その間、フィラメントの温度は約2173度で安定していたと見積もられています。

さらにガラス球を割ってフィラメントを取り出し、光学顕微鏡で見てみると、もともと暗い灰色だった表面が、「光る銀糸」のようにツヤのある銀色へと変わっていました。

ここまでは肉眼や普通の顕微鏡で見える変化ですが、肝心なのは原子レベルで何が起きているかです。

そこで研究者たちはレーザー光を当てて、物質がどのように「ふるえるか（振動するか）」を調べることで、その構造を確かめる方法（ラマン分光）を使いました。

結果、加熱前の炭素フィラメントではグラフェンの特徴は見られませんでしたが、加熱後には一般に「グラフェンができた」と判断する目安を大きく超えた数値が得られました。

研究チームは透過型電子顕微鏡（TEM：電子を透かして原子レベルの構造を見る顕微鏡）でもフィラメントの断面を観察しました。

すると加熱前は、炭素が不規則だったものが加熱後には、薄いシート状の層が何枚も重なったような構造が現れ、その層同士の間隔は0.345ナノメートルと測定されました。

これはフラッシュ・ジュール加熱で作られたターボストラティック・グラフェンとほぼ同じ値であり、電子線回折のパターンも「グラフェンらしい」点模様へと変わっていました。

ラマン分光という「物質の声」と、電子顕微鏡という「物質の姿」がそろって示しているのは、「110ボルト20秒のエジソン風フラッシュ」を浴びた竹由来の炭素フィラメントが、グラフェンを含む構造へと変わったということが強く示されています。

研究者たちはこの結果から、「エジソンスタイルの電球は、実はフラッシュ・ジュール加熱と同じ条件で動いており、当時の実験でも同じようなグラフェンが一瞬だけ作られていた可能性が高い」と結論づけています。