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カーボンナノチューブ（CNT）の歴史と研究評価を文献からたどる

コラムでは、CAS SciFinder のユーザーの方を対象に、検索に関するお役立ち情報や、ちょっとした豆知識を提供しています。本稿では、カーボンナノチューブ（CNT）の研究がどのように発展してきたのかを、歴史的な文献をたどりながら紹介します。
複数の研究成果が積み重なって現在の CNT 研究が形成されていることを理解するうえで、SciFinder による文献調査は大きな助けとなります。

炭素の同素体

高校の化学の授業を覚えていますか？炭素の同素体として、グラファイト（黒鉛）とダイヤモンドを習った方も多いのではないでしょうか。
実は、昭和版の教科書には「炭素の同素体はダイヤモンドと黒鉛」と記されていましたが、平成版になるとフラーレンや CNT も加わり、炭素同素体の一例として併記されるようになったそうです。(注1)

一部のアモルファスカーボン（非晶質炭素）を高温で熱処理（グラファイト化処理）することにより得られるグラファイト（黒鉛）は、炭素原子が六角形の網目状に連なるグラフェン層が複数積層した結晶性炭素材料です。
グラファイトの層状構造自体は古くから知られていましたが、グラフェンとして“単離”に成功したのは 2000 年代に入ってからのことでした。(注2)

出典：The Nobel Prize HP (注2)

上図の炭素同素体の中では、フラーレンが 1980 年代に報告され、1996 年にはその発見者がノーベル化学賞を受賞しています。
一方で、CNT は 1990 年代に報告された後、炭素材料研究の大きな流れの中で注目されてきました。
その後、 2004 年にはグラフェンが Science 誌（CA 文献番号 2004:866953）に掲載され、2010 年には発見者がノーベル物理学賞を受賞しています。その優れた特性を思えば受賞は不思議ではないかもしれませんが、開発からわずか 6 年後の受賞には驚いた方も多いのではないでしょうか。

CNT は、優れた電気・熱伝導性や機械的強度といった特性により、フラーレンやグラフェンと並ぶ 重要な炭素系ナノ材料 として位置づけられ、材料化学やナノテクノロジー分野で現在も高く評価されています。しかし、2026 年 2 月時点において CNT に関する研究はノーベル賞を受賞していません。

CNT研究の飛躍をもたらした 1991 年の報告

CNT が広く注目されるようになった契機は、飯島澄男博士が 1991 年に Nature 誌に発表した論文 “Helical microtubules of graphitic carbon”（CA 文献番号 1992:62704）（注3）です。フラーレン生成の副生成物として得られた煤を電子顕微鏡で観察した際に、多層構造を持つ CNT が明瞭に捉えられました。
この論文が広く注目されることになった背景には、以下の点が挙げられます。

  • 高分解能電子顕微鏡を用いた詳細な構造観察

  • 当時急速に発展していたナノ材料研究との親和性

  • トップジャーナルでの公開による世界的到達度の高さ

この報告を契機として、CNT 研究は大きく進展し、材料科学や電子デバイスなど幅広い分野で応用研究が進むようになりました。

CNT は、厚さが炭素原子１個分のシートであるグラフェンを丸めた構造です。チョコレートを刃物で薄く削ぐと、薄く削がれたチョコレートが丸まる様子をイメージするとわかりやすいかもしれません。

CNT研究の国際的評価とノーベル賞をめぐる背景

CNT の構造解析と概念の確立により、飯島博士は現在でも国際的に高い評価を受け続けています。
2025 年には CNT の先駆的発見に対して キング・ファイサル国際賞（科学部門） を受賞しており（“アラブのノーベル賞”とも呼ばれる歴史ある国際賞）、その功績は世界的にも広く認知されています。また、CNT の発見者としての評価は国際的な科学メディアや学術関連資料でも繰り返し紹介されており、現在でもノーベル賞候補として名前が挙がる研究者の一人です。

さらに、フラーレンやグラフェンの発見者が相次いでノーベル賞を受賞していることから、「では、なぜ CNT に関する研究には、まだノーベル賞が与えられていないのだろう？」と疑問に思われる方も少なくありません。

一方で、CNT が極めて重要な材料であるにもかかわらず、ノーベル賞が授与されていない理由については、研究者の間でもさまざまな見方があります。代表的な背景として、次のような要因が指摘されることがあります。

  • CNT の特性を最大限に活かす技術が成熟するまで時間を要した

  • 評価対象が多様で、研究のどの側面が最も価値を持つか議論が分かれやすい

  • 同じナノ炭素材料であるフラーレン（1996）、グラフェン（2010）が先に受賞したため、材料分野の “枠” が消費されたという見方

このように、ノーベル賞の選考にはさまざまな要因が影響すると考えられており、「いつ、誰が見つけたか」だけでは一概に判断できない側面もあるようです。

CNT研究の初期報告を文献から振り返る

CNT 研究の発展を理解する上で重要なのが、歴史的な文献の存在です。実際、CNT に関する報告は、一人の研究者によって突然生まれたものではなく、複数の年代で行われた観察結果や実験が積み重なった結果として形成されています。

その歴史を整理した文献として、2006 年に M. Monthioux と V.L. Kuznetsov が CARBON 誌に発表した論説 “Who should be given the credit for the discovery of carbon nanotubes?”（CA 文献番号 2006:475751）（注4）が、研究史を理解するうえで有用な資料の一つとされています。

透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：TEM) 登場以前の報告

CNTを最初に作った可能性があるのは、1889 年の T.V. Hughes ら（CA 文献番号 1906:141185）です。また、1890 年に P. Schutzenberger、1903 年に C. Pelabon （CA 文献番号 1906:116201、1906:166694）もCNTを作成していた可能性があるようです。

しかし、この 3 つの文献では、カーボンウール、カーボンフィラメントの生成は言及しているものの、CNTという言葉や概念は現れていません。なぜなら、CNTの大きさをはっきりと観察できるようになるのは、透過型電子顕微鏡（TEM）の登場（1931年）まで待つ必要があったためです。

CNTの観察報告

CNT を示す最初期の観察例として言及されているのが、旧ソ連の科学者である L.V. Radushkevich と V.M. Luk'yanovich の 1952 年の論文（CA 文献番号 1953:36778）です。この論文の抄録には、「600 度の状態で、一酸化炭素中の鉄の上にできた炭素付着物を電子顕微鏡で観察すると、carbon particle は細長い蠕虫状の形（elongated wormlike shape）をしていた。このようなものが形成された理由は説明できない」と書かれています。

Monthioux らは、この論文の TEM 画像を再掲し、後年の視点から見れば CNT 構造を示す重要な初期報告の一つであると位置づけています。

Who should be given the credit for the discovery of carbon nanotubes?

この研究があまり知られることなく埋もれてしまった理由として、西側の研究者が旧ソ連の文献にアクセスするのが難しく、またアクセスできたとしてもロシア語で書かれた文献を読むのは難しかったことが考えられます。

その後、1976 年の信州大学の遠藤教授ら（CA 文献番号 1976:158101）を含め、単発で同様の研究が報告されてきましたが、何と言っても世界にインパクトを与えたのは、飯島博士が1991年に発表した Nature の論文でした。

歴史的には1952年論文が重要である一方、科学界の一般認識では、CNT の構造を明確に示し、研究分野を飛躍的に発展させた飯島博士の 1991 年の報告が、CNT 研究の確立に大きな影響を与えたと広く評価されています。

CAS SciFinderでたどる「研究の広がり」

歴史的文献や研究の発展を体系的に理解するために、CAS SciFinder による引用文献調査は非常に役立ちます。代表的な文献について引用件数を調べると、研究の影響度を客観的に確認できます。

2026 年 2 月 9 日時点の CAS SciFinder による調査結果は以下の通りです。

  • Radushkevich（1952）論文：439件
  • 飯島（1991）Nature論文 “Helical microtubules of graphitic carbon”：33,100 件

2006年のMonthioux論文発表後、1952年のRadushkevichらの論文の引用件数も増加していますが、この引用件数の差は、 1991 年の報告が CNT 研究の進展において重要な位置を占めてきたことを示唆しています。

まとめ

CNT 研究は、多くの研究者による長年の積み重ねによって現在の姿に至っています。その歴史を文献からたどることは、研究の背景を深く理解するうえで大きな助けになります。

CAS SciFinder は、歴史的文献の確認から最新の研究動向まで、幅広い情報にアクセスできる強力なツールです。自身の研究を一歩前に進めるために、ぜひ活用してみてください。

フラーレン発見 25 周年にはグーグルのトップページのロゴもフラーレンに変わりました。いつか、また新しい炭素同素体が発見され、グーグルのトップページを飾る日が来るかもしれません。

 

参考文献と参考サイト

注1) 川井 正雄,  "高校化学教科書の変遷 - 昭和 30 年代と平成 20 年代の比較 - ", 大阪市立科学館,  (2024年2月21日取得,  
https://www.sci-museum.jp/wp-content/themes/scimuseum2021/pdf/study/research/2016/pb26_071-074.pdf)

注2) The Nobel Prize , 2024, ”The Nobel Prize in Physics 2010”,The Nobel Prize ホームページ (2024年2月21日取得, https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-physicsprize2010.pdf)

注3) NEC, 2017,  "カーボンナノチューブの発見", NEC ホームページ (2024年2月21日取得,　https://jpn.nec.com/rd/technologies/cnt/history/index.html)

注4) M. Monthiox 他,  CARBON 44 (2006),  "Who should be given the credit for the discovery of carbon nanotubes?",  (2024年2月21日取得, https://nanotube.msu.edu/HSS/2006/1/2006-1.pdf)

 

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掲載日　2024 年 2 月 27 日
内容更新日　2026 年 2 月 12 日