最も重い物質、最も軽い物質

最も重い物質と最も軽い物質。言い換えるならば、単位体積当たりの質量である、密度が高いものと低いものである。

最も重い物質　オスミウム

まず、最も重い物質はオスミウムである。

元素記号はOs、原子番号76。遷移金属であり、周期表では白金族だ。

Osmium – The DENSEST Metal On Earth!

オスミウムの密度は室温で約22.59g/cm³である。

固体の状態では青みがかった白色をしている。

オスミウムは密度だけでなく、耐久性と硬度でも注目に値する。融点はなんと3033℃（5491°F）だ。天然に存在する元素の中で最も高い。

常温では酸素と揮発性の酸化物を形成し、摩耗や腐食に強い。

こうした高い硬度と環境ストレスに耐える能力から、万年筆のペン先、電気接点、蓄音機の針など、極めて高い耐久性が求められる用途に使われる。オスミウムの化合物は、ある種のがん治療や顕微鏡検査における組織の染色にも使われる。

その他には、他の金属との合金や触媒に使われることもある。

気体の場合、標準状態での密度で「最も重い」のはラドン（Rn）で、密度は9.73kg/m³である。

最も軽い物質はエアログラファイトである。

エアログラファイトは単体元素ではなため聞き馴染みがあまりないかもしれない。

一言で言えばこれはカーボンチューブの塊である。

相互に接続された炭素チューブのネットワークから作られたもので、ほとんどそれ自体が中空の物質なのだ。

上記のオスミウムの密度は約23mg/cm³であったが、エアログラファイトの密度はなんと約0.2mg/cm³である。

炭素チューブで出来ている壁の厚さはわずか数ナノメートル。この構造が材料内の空気量を最大化し非常に低い密度を実現している。ほとんど物質自体が空気だといえる。

World’s Lightest Solid!

製法としては酸化亜鉛のテンプレート上に化学蒸着法を用いる。蒸着後に酸化亜鉛は化学的にエッチングされてカーボンチューブ構造を残す。このプロセスによって材料の密度と構造特性を制御することができるわけだ。

密度が低いにもかかわらず、エアログラファイトは非常に弾力性がある。元の大きさの35倍まで圧縮しても壊れず、元の状態に戻る。損傷することなく圧縮したり伸ばしたりすることができるのだ。

更に電気を通すこともできる。

こうしたユニークな構造と特性によって、エレクトロニクス分野、特にスーパーキャパシタやバッテリーなどへの利用、また多孔性と表面積が性能を高めるエレクトロニクスやエネルギー貯蔵の用途に有用と言われている。

また読んでいて予想された方もいるかもしれないが熱伝導率も極めて低い。そのため断熱材としての応用も検討されている。

とにかく様々な軽量デバイスやフレキシブルデバイスへの応用の可能性が言及される素材がエアログラファイトである。軽さが求められるものは沢山ある。航空宇宙工学分野の材料から軽量の建材まで無限ともいえる。

その他に言及しておくこととしては、軽さでなくその微細構造から。いわば活性炭のように、汚染物質を吸収する能力を利用した水質浄化システムなどの環境分野への応用の可能性もある様々な可能性を秘めた材料でもある。