ひとことで言うと：グラフェンは、炭素の原子が六角形の網目状に並んだ、厚さ原子1個分のシートです。とても薄いのに強く、電気と熱をよく通し、ほぼ透明という性質を一つで持つため、電池・電子部品・繊維・塗料など、さまざまな分野で使われ始めています。
1. グラフェンとは何か
グラフェン（graphene）は、炭素の原子が六角形の網目状につながって、一枚のシートになった物質です。厚さは炭素原子1個分、およそ0.3ナノメートル（1ミリの300万分の1）しかありません。「これ以上薄くできない、いちばん薄い素材」と言えます。
炭素は、私たちの体にも、木や紙にも含まれているありふれた元素です。同じ炭素でできていても、原子の並び方が違うとまったく別の物質になります。ダイヤモンドも、鉛筆の芯の黒鉛（グラファイト）も、グラフェンも、すべて炭素だけでできています。
名前は、黒鉛を意味する「グラファイト（graphite）」と、平たい分子を表す語尾「-ene」を組み合わせたものです。英語の読みは「グラフィーン」に近く、日本語では「グラフェン」と書くのが一般的です。
2. 鉛筆の芯との関係
鉛筆の芯の材料はグラファイト（黒鉛）です。グラファイトは、グラフェンのシートが何百万枚も積み重なってできています。シートの中では炭素同士がとても強く結びついていますが、シートとシートの間の結びつきは弱い。だから鉛筆で紙をなぞると、シートが薄くはがれて紙に残り、文字が書けます。
つまり、鉛筆で字を書くたびに、紙の上には「何枚か重なったグラフェン」が乗っています。この積み重なりから一枚だけを取り出したものがグラフェンです。「材料は昔から身近にあったのに、一枚に分けるのが難しかった」というのが、グラフェンの歴史の要点です。
実際の製品では、一枚だけのグラフェン（単層グラフェン）のほかに、数枚が重なった「数層グラフェン」や、十数枚が重なった「グラフェンナノプレートレット」も広く使われています。何枚重なっているかで性質が変わるため、用途に合わせて選び分けます。
3. 何がすごいのか（性質）
グラフェンは、一つの物質で「強い・軽い・薄い・電気を通す・熱を通す・光を通す」を同時に持っています。ふつうは、どれかを取るとどれかを諦めるものですが、グラフェンはそれらを一枚のシートで両立します。
- 強い：引っ張りに対する強さは約130ギガパスカル。同じ重さで比べると鋼鉄の約200倍とされます。それでいて柔らかく、曲げられます。
- 電気を通す：シートの中を電子がとても速く動けるため、電気をよく通します。この性質は、電池の電極や電子部品、導電性の糸などに生かされています。
- 熱を通す：熱を伝える速さも、知られている物質の中で最高クラスです。スマートフォンなどの放熱シートや、遠赤外線を放つ繊維の土台になります。
- 透明：一枚のシートは光の97.7%を通します。黒い粉に見えるのは、シートが何枚も重なっているからです。
- 表面積が大きい：理論上、1グラムで約2,600平方メートル（テニスコート約10面分）の表面積があります。ほかの物質を受け止める、熱を受け取るといった働きは、この表面積の大きさから来ています。
- ガスや液体を通しにくい：六角形の網目はとても細かく、完全なシートは小さな気体の分子もほとんど通しません。この性質は、さびや劣化を防ぐコーティングや、ガスバリアのフィルムの研究に生かされています。
※ 数値は、欠陥のない一枚のグラフェンについて研究で報告されている代表的な値です。実際の製品では、層の数や製法、混ぜる材料によって性能が変わります。
4. 発見とノーベル賞
グラフェンの存在は理論上は古くから知られていましたが、「一枚だけを取り出す」ことは長く不可能だと考えられていました。2004年、イギリス・マンチェスター大学のアンドレ・ガイム教授とコンスタンチン・ノボセロフ教授が、セロハンテープでグラファイトから層をはがすという、拍子抜けするほど簡単な方法で一枚のグラフェンを取り出すことに成功します。両教授はこの功績で2010年にノーベル物理学賞を受賞しました。
発見から20年あまり。研究室の素材だったグラフェンは、いま電池、放熱材、コーティング、繊維、化粧品などへ、少しずつ産業の現場に入ってきています。
5. どうやって作るのか
作り方はいくつかありますが、大きく分けると「黒鉛から層をはがす（トップダウン）」か「原子から組み立てる（ボトムアップ）」かです。どの方法で作ったかで、品質・量・価格が大きく変わります。
| 方法 | やり方 | 特徴 |
|---|---|---|
| 機械的はく離 | テープなどでグラファイトから物理的にはがす | 品質は最高だが、量が作れない。研究用 |
| 酸化還元法（化学法） | グラファイトを強い酸で酸化して層をばらし（酸化グラフェン）、あとで還元する | 量産しやすいが、酸素や薬品の残り（欠陥）が出やすい。市場で最も多い |
| 純物理法（物理はく離） | 薬品を使わず、物理的な力だけで層をはがす | 強い酸を使わないため化学的な残留物が出にくく、グラフェン本来の性質を保ちやすい。当社の製法 |
| CVD（化学気相成長） | 金属の板の上で、炭素を含むガスから一枚ずつ成長させる | 大きく均一な一枚が作れる。電子部品・透明電極向け。コストは高い |
当社（J.C. Technology）のグラフェンとグラフェン量子ドットは、自社の研究開発・製造拠点（中国）で純物理法により生産しています。強い酸を使わないため化学的な残留物がなく、炭素純度は99.9%。市場で主流の酸化法との違いは、この「余計なものが混ざっていない」点にあります。
→ 各製法の仕組みと品質の見方はグラフェンの作り方で詳しく説明しています。
6. 酸化グラフェン（GO）との違い
「グラフェン」とよく並んで出てくるのが酸化グラフェン（Graphene Oxide、GO）です。名前は似ていますが、性質はかなり違います。
| グラフェン | 酸化グラフェン（GO） | 還元型酸化グラフェン（rGO） | |
|---|---|---|---|
| つくり | 炭素だけのシート | シートの表面に酸素を含む部分がたくさん付いている | GO から酸素をある程度取り除いたもの |
| 電気 | よく通す | ほとんど通さない | 通すが、グラフェンより劣る |
| 水へのなじみ | なじみにくい | なじみやすく、水に分散させやすい | 中間 |
| 主な用途 | 電子部品・放熱・繊維・複合材料 | 膜・コーティング・研究用の原料 | 電池材料・導電性の塗料など |
酸化グラフェンは量産しやすく扱いやすい一方、酸素を含む部分が「欠陥」となって、グラフェン本来の電気や熱の通しやすさは下がります。還元して酸素を減らしても、完全には元に戻りません。製品に「グラフェン配合」と書かれていても、実際には酸化グラフェンや還元型酸化グラフェンが使われていることがあるため、どの材料かを確かめることが大切です。
→ 作り方や見分け方まで含めた詳しい比較は酸化グラフェンとはをご覧ください。
7. ほかの炭素材料との違い
炭素は、原子の並び方しだいで、まったく性質の違う材料になります。グラフェンの「親戚」にあたる代表的な炭素材料を比べます。
| 材料 | かたち | 主な特徴・用途 |
|---|---|---|
| グラフェン | 平らなシート（2次元） | 薄く強く、電気と熱をよく通す。電池・放熱・繊維・複合材料 |
| グラファイト（黒鉛） | グラフェンが積み重なった層（3次元） | 鉛筆の芯・電池の負極・潤滑材 |
| カーボンナノチューブ（CNT） | グラフェンを丸めた筒（1次元） | 細くて強い繊維状。導電材・複合材料。1991年に日本の飯島澄男博士が報告 |
| フラーレン | サッカーボール状の球（0次元） | 化粧品・有機太陽電池の研究など。1996年ノーベル化学賞 |
| ダイヤモンド | 立体的な結晶 | 最も硬い物質の一つ。電気は通しにくい |
| カーボンブラック | 炭素の微粒子 | タイヤの補強材・黒色顔料 |
グラフェンは、これらの炭素材料の「基本の一枚」にあたります。一枚を丸めればカーボンナノチューブ、積み重ねればグラファイトになる、と考えると関係が分かりやすくなります。
8. グラフェン量子ドットとは
グラフェン量子ドット（GQD）は、グラフェンのシートをナノメートル単位（1ナノは1ミリの100万分の1）の小さな粒にしたものです。大きさは5ナノメートル未満。粒が小さくなると、シートのときにはなかった性質が表れます。当社では、繊維などに加えることで、特定の菌が増えるのを抑える（抗菌）、付着した特定のウイルスを減らす（抗ウイルス）といった機能を持たせる素材として使っています。
金属を使わない、炭素の無機材料であることも特長です。当社ではこのGQDを、繊維・不織布・フィルム・ヘアケアやコスメの原料として供給しています。「量子ドット」と呼ぶ理由やほかの量子ドットとの違いはグラフェン量子ドットとはで、当社の供給内容はグラフェン量子ドットの事業案内で紹介しています。
9. グラフェンの用途
グラフェンは「粉のまま」使うことはほとんどありません。ほかの材料に少し混ぜて、その材料の性能を引き上げる使い方が中心です。産業全体で広がっている用途と、当社が関わる分野を分けて紹介します。分野ごとの詳しい説明はグラフェンの用途にまとめています。
産業全体で広がっている用途
| 分野 | 使われ方 | 生かしている性質 |
|---|---|---|
| 電池・蓄電 | リチウムイオン電池の電極に混ぜる導電助剤、スーパーキャパシタの電極 | 電気を通す・表面積が大きい |
| 放熱・熱対策 | スマートフォンやパソコンの放熱シート、放熱塗料 | 熱を通す |
| 半導体・電子部品 | 高速トランジスタ、センサー、透明電極、フレキシブル基板の研究。EUV露光装置の極薄フィルム（ペリクル）の開発 | 電気を通す・透明・曲げられる・薄くて強い |
| 燃料電池 | 白金の触媒をグラフェンで包み、劣化を抑える研究 | 薄い・安定している |
| 複合材料 | 樹脂・ゴム・コンクリートに混ぜて強度や耐久性を高める（スポーツ用品・タイヤ・建材など） | 強い・軽い |
| 塗料・コーティング | さび止め塗料、電気を通す塗料、自動車のコーティング剤 | ガスや液体を通しにくい・電気を通す |
| 水処理・フィルター | 海水の淡水化や浄水に使うろ過膜の研究 | 細かい網目・表面積が大きい |
| 繊維・衣料 | 糸に練り込んだ機能性繊維、導電性の糸 | 熱を通す・電気を通す |
2026年の新しい動き（半導体の製造装置、燃料電池、電気自動車の電池、ねじって重ねる研究など）はグラフェンの用途「2026年の研究・産業の動き」にまとめています。
当社が関わる分野
- 繊維
グラフェン複合繊維
ポリエステルやナイロンの糸にグラフェンを練り込みます。抗菌防臭・抗ウイルス・防ダニ・防カビ・遠赤外線といった働きが、糸そのものに備わります。インナー、寝具、ユニフォーム、作業服に。→ グラフェン繊維の事業案内
- リカバリーウェア
遠赤外線で血行を促進する衣類
体温を受けたグラフェン繊維が遠赤外線を放ち、血行を促進します。当社のリカバリーウェアは「家庭用遠赤外線血行促進用衣」として一般医療機器の届出を行っています。→ リカバリーウェアとは
- 化粧品・トイレタリー
グラフェン量子ドット配合の原料
シャンプーやボディソープなどの原料として、グラフェン量子ドットを供給しています。→ グラフェン量子ドット
- 包装
抗菌フィルム
食品用ラップフィルムにGQDを練り込み、抗菌・防カビの働きを持たせます。
- ブランド
GranovaQ
当社のグラフェン素材を使った製品であることを示すブランドです。→ GranovaQ について
10. 課題と今後
「夢の新素材」と呼ばれながら、グラフェンが身の回りに一気に広がらないのには理由があります。
- 品質のばらつき：同じ「グラフェン」でも、層の数、大きさ、欠陥の量が製法や会社によって大きく違います。性能を比べるときは、どんな材料かを確かめる必要があります。
- 量産とコスト：高品質な一枚を大量に安く作る方法は、いまも開発が続いています。用途に応じて「どこまでの品質が要るか」を見極めることが、実用化の鍵になります。
- ものさしづくり：国際標準化機構（ISO）などで、用語の定義や評価方法をそろえる取り組みが進んでいます。
一方で、電池・放熱・複合材料・繊維など、「少し混ぜるだけで性能が上がる」使い方から実用化が進んでいます。当社も、繊維やリカバリーウェアのように、グラフェンの性質を暮らしの中の製品に生かす取り組みを続けています。
11. 安全性について
グラフェンは炭素だけでできた物質で、それ自体に重金属や有機溶剤は含まれません。当社の繊維製品では、グラフェンは糸の中に練り込まれて固定されており、着ている間に粉として離れることはありません。
粉末のグラフェンを工場などで扱う場合は、ほかのナノ材料と同じように、吸い込まないための換気やマスクなどの対策が推奨されています。当社のサイトでは、確認できた範囲の機能だけをお伝えしています。分からない点はお問い合わせください。
12. よくある質問
- グラフェンとは簡単に言うと何ですか？
- 炭素の原子が六角形の網目状に並んだ、厚さ原子1個分のシートです。鉛筆の芯（黒鉛）から一枚だけを取り出したものと考えると分かりやすいです。
- グラフェンとグラファイト（黒鉛）は何が違うのですか？
- グラファイトはグラフェンのシートが何百万枚も積み重なったものです。鉛筆の芯がグラファイト、そこから一枚だけ取り出したものがグラフェンです。同じ炭素でできていますが、一枚になると強さや電気の通しやすさが大きく変わります。
- グラフェンと酸化グラフェンは何が違うのですか？
- 酸化グラフェンは、グラフェンのシートの表面に酸素を含む部分がたくさん付いたものです。水に分散させやすく量産しやすい一方、電気をほとんど通さないなど、グラフェン本来の性質は弱くなります。
- グラフェンとカーボンナノチューブは何が違うのですか？
- どちらも炭素だけでできています。平らなシートがグラフェン、そのシートを丸めて筒にしたものがカーボンナノチューブです。
- グラフェンは誰が発見したのですか？
- 2004年に、イギリス・マンチェスター大学のアンドレ・ガイム教授とコンスタンチン・ノボセロフ教授が、セロハンテープで黒鉛から一枚を取り出すことに成功しました。両教授は2010年にノーベル物理学賞を受賞しています。
- グラフェンは何に使われていますか？
- 電池の電極、スマートフォンなどの放熱シート、樹脂やコンクリートの補強、さび止め塗料、機能性の繊維などに使われています。半導体やセンサー、水処理の膜などでも研究が進んでいます。
- グラフェンは何色ですか？
- 一枚のシートはほぼ透明（光の97.7%を通す）です。粉や糸として見るときは何枚も重なっているため、黒く見えます。
- グラフェンはどこで作られているのですか？
- 研究・量産とも中国が最大の生産地で、当社の研究開発・製造拠点も中国にあります。日本国内にも研究用・電子材料用のメーカーがあります。
- グラフェンは高価な素材ですか？
- 製法と品質によって大きく違います。電子部品向けの大きく均一な一枚は高価ですが、繊維や塗料に混ぜる粉末状のグラフェンは、量産によって使いやすい価格になってきています。
- グラフェン繊維の効果は洗濯で落ちませんか？
- 糸に練り込む方式では、グラフェンは繊維の内部に固定されているため、表面に付ける加工に比べて、洗濯で落ちにくい構造です。
- グラフェンは体に悪くないのですか？
- グラフェンは炭素の物質で、重金属や有機溶剤を含みません。当社の繊維製品では、グラフェンは糸の中に固定されています。
- グラフェン量子ドットとグラフェンは別物ですか？
- グラフェン量子ドットは、グラフェンをナノサイズの粒にしたものです。元は同じ炭素のシートですが、小さくすることで新しい性質が表れます。
- 「純物理法」と「酸化法」の違いは何ですか？
- 酸化法は強い酸でグラファイトの層をばらす方法で、量産しやすい反面、酸素や薬品の残りが出やすくなります。純物理法は薬品を使わず物理的な力だけではがすため、化学的な残留物が出にくく、グラフェン本来の性質を保ちやすい方法です。
- グラフェンの素材を購入したり、製品に使ったりできますか？
- できます。当社は、グラフェン・グラフェン量子ドットの原料供給から、糸・生地・製品のOEM／PBまで対応しています。まずは用途と数量をお問い合わせください。
13. 用語集
- グラフェン（graphene）
- 炭素原子が六角形に並んだ、厚さ1原子のシート状物質。
- 単層・数層グラフェン
- シートが1枚のものを単層、数枚が重なったものを数層グラフェンと呼ぶ。
- グラフェンナノプレートレット（GNP）
- 十数枚程度のグラフェンが重なった、薄い板状の粒子。複合材料や塗料に広く使われる。
- グラファイト（graphite・黒鉛）
- グラフェンのシートが積み重なった物質。鉛筆の芯の材料。
- 酸化グラフェン（GO）
- グラフェンの表面に酸素を含む部分が付いたもの。水に分散しやすいが、電気はほとんど通さない。
- 還元型酸化グラフェン（rGO）
- 酸化グラフェンから酸素をある程度取り除いたもの。
- カーボンナノチューブ（CNT）
- グラフェンのシートを丸めて筒状にした炭素材料。
- グラフェン量子ドット（GQD）
- グラフェンを5ナノメートル未満の粒にしたもの。
- CVD（化学気相成長）
- 金属の板の上で、ガスからグラフェンを成長させる製法。
- ナノメートル（nm）
- 1ミリの100万分の1。髪の毛の太さは約8万ナノメートル。
- 遠赤外線
- 目に見えない光の一種で、体に当たると熱として吸収される。
- 純物理法
- 薬品を使わず、物理的な力だけでグラファイトからグラフェンをはがし取る製法。
- 一般医療機器
- 医療機器のうち、人体へのリスクが最も低い区分（クラスⅠ）。家庭用遠赤外線血行促進用衣はこの区分に当たり、届出制。