グラフェン一次元ナノ構造体を高密度・高配向で実現

エネルギー・デバイス・機械応用が期待されるグラフェンナノスクロール（GNS） 総合理工学研究院／半導体・デバイスエコシステム研究教育センター 吾郷浩樹 主幹教授

2026.10.21 研究成果Materials

発表のポイント

優れた電気的・力学的性質をもつグラフェン（※1）を筒状に巻いた形状のグラフェンナノスクロール（GNS）が、エネルギー・デバイス・機械応用の観点から近年注目を集めている。
本研究では、グラフェンの引っ張りによる歪み（ひずみ）を利用してGNSを高密度に向きを揃えて作製する新たな作製法の開発に成功するとともに、GNSの物性に大きな影響を与える巻き方（カイラリティ（※2））の制御も実現した。
GNSはナノチューブとは違って端が閉じていないことから、ガス貯蔵などのエネルギー応用から高電流配線・メモリといったデバイス応用まで幅広い分野への波及効果が期待される。

発表概要

　炭素からなるカーボンナノチューブ（CNT）やシート状のグラフェンはともに多くの優れた特性を示すことが知られています。グラフェンを筒状に巻いた「グラフェンナノスクロール（GNS）」は、CNTと同じく一次元構造をもちますが、CNTとは違って緩くロールしており、その層間に分子やガスなどを貯蔵することも可能で、CNTよりも電流を多く流すこともできることから注目を集めています。また、巻き方（カイラリティ）によって物性が変化することから、学術的にも興味深い対象です。
　これまで基板上でGNSを高密度に並べて作製する方法はなく、液滴の浸透力を使って数本程度のGNSを作って、電気特性や巻き方による物性の違いを調べていました。一方、溶液中で作る方法では、グラフェンシートの巻き方が十分ではない上、複数のGNSが絡み合った構造をとってしまいます。このように、GNSを作る手法は十分ではなく、新たな作製手法の開発が求められていました。
　九州大学大学院総合理工学研究院の吾郷浩樹主幹教授、パブロ・ソリス-フェルナンデス特任准教授、光原昌寿教授、同大学院工学研究院の髙橋厚史教授、東京理科大学の山本貴博教授、大阪大学産業科学研究所の末永和知教授、スン・ハイミン特任講師、産業技術総合研究所の林永昌主任研究員、東京工芸大学の松本里香教授らの研究グループは、グラフェンに引っ張り歪みを与えることで、きれいに配列したGNSを高密度に作製する方法を見いだし、GNSが電気配線やメモリとして動作すること、また分子を層間に貯蔵できることを明らかにしました。さらに、歪みを与える方向でカイラリティも制御できることを実証しました。今回の発見はカイラリティを制御した一次元グラフェン構造という学術的に興味深い新規ナノ材料を提供するだけでなく、エネルギー変換やバッテリー、配線やメモリ材料、強化材料など幅広い応用に役立つことが期待されます。
　本研究成果は英国の科学誌「Nature Communications」に2026年10月21日（水）午後6時（日本時間）に掲載されました。



高密度に合成したGNSの顕微鏡写真とGNSのモデル

用語解説

(※1) グラフェン
炭素原子からなる二次元の超薄膜材料。厚みが原子1個分しかないのにもかかわらず、グラフェン中を流れる電子のスピードは非常に速く、高い表面積や光透過性なども有する。このことから、光センサーやバイオセンサー、高速トランジスタ、透明電極などへの応用研究が活発に行われている。
(※2) カイラリティ
物質のらせん性を示し、カーボンナノチューブやGNSでは巻く角度によって異なるカイラリティを持つ。巻き方によって右巻きと左巻きも存在し、カイラリティをもつ物質は物性的に興味深い研究対象となっている。

論文情報

掲載誌：Nature Communications
タイトル：Strain-engineered fabrication of high-density aligned graphene-based nanoscrolls via UV-tunable adhesive tapes
著者名：Maki Nakatani, Akari Sudo, Pablo Solís-Fernández, Haiming Sun, Satoru Fukamachi, Tomoki Maezawa, Tatsuya Ikuta, Takako Matsunaga, Aika Uchida, Masatoshi Mitsuhara, Yung-Chang Lin, Koji Takahashi, Rika Matsumoto, Kazu Suenaga, Takahiro Yamamoto & Hiroki Ago*
DOI：10.1038/s41467-026-78264-8
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