碳元件的实用化始于透明导电膜，然后延伸到湿度传感器等多种传感器领域，未来2～3年后蓄电池和电容器也将实现碳化。2020年前后，图像传感器和RFID标签、10年后高性能微处理器也将使用“碳”制造。

采用碳纳米管（CNT）和石墨烯的电子部件及光学部件（碳元件）的开发竞争在全球愈演愈烈。新元件接连发布，而且开发速度越来越快。碳元件种类繁多，比如（1）采用透明导电膜的触摸面板、（2）传感器、（3）燃料电池、充电电池和电容器的电极、（4）存储器、（5）通过转印和印刷制作的IC及微处理器、（6）瞄准后硅时代的超高集成IC、（7）光敏元件、（8）发光元件、（9）功率半导体，等等。

这些产品的实用化时间因技术难度和市场需求等各不相同。（1）已经开始量产，（2）～（4）计划在3年内实现实用化，（5）～（9）预计在2020年前后或更晚一些实用化。CNT与石墨烯你追我赶EU的开发项目“Graphene Flagship”给出了采用石墨烯的碳元件的具体时间表（图1）。光激励发光元件大多在2020年前后，逻辑IC在2025年前后开始实用化。

CNT与石墨烯你追我赶

图1：碳元件将席卷电子和光领域欧洲EU就石墨烯开发项目“Graphene Flagship”提出的开发蓝图。预计透明导电膜将率先实现实用化。实际上，2013年三星泰科采用石墨烯试制了达到实用化水平的触摸面板。石墨烯在光子用途尤其占优势。而CNT在电子领域拥有优势。CNT晶体管等有望比石墨烯率先实用化。

采用基本特性与石墨烯相似的CNT的碳元件，实用化时间估计也与石墨烯差不多。不过，二者有三点不同。

首先，CNT不同于石墨烯，在自然状态下具备带隙，适合逻辑IC用晶体管和TFT。用于电子纸和平板电脑的CNT TFT有望遥遥领先于石墨烯，在2020年之前就实现实用化。

其次，CNT的形状为一维状，而石墨烯扩展为二维状。因此，石墨烯适用于灵敏地检测外部刺激的用途。极有可能几年内在医用传感器等领域实现实用化。

最后，作为光激励发光元件，CNT因带隙原因可利用的波段有限，而石墨烯能在广泛的波长范围内利用。在光敏元件中，石墨烯将率先扩大使用。

不过，解决这种适用或不适用的技术也在开发中，克服缺点获得新性能的例子已经出现。

触摸面板围绕量产性展开竞争

在柔性触摸面板领域，CNT版先发制人（图2）。华为的智能手机2013年采用的CNT触摸面板由中国富纳源创开发，该公司2008年就试制了该面板，敏捷的行动速度取得了成效。

图2：触摸面板开始上市

采用CNT或石墨烯的触摸面板产品及试制示例。开发（a）的触摸面板的富纳源创已从2011年开始量产。东丽预定2014年内量产（b）。三星泰科没有公布量产时间（c）。

估计接下来出场的是东丽，该公司计划2014年供货采用双层CNT的电阻膜式触摸面板。可采用现有涂布装置，以卷对卷（R2R）方式量产宽一米以上、长几百米的透明导电薄膜。

而石墨烯版触摸面板虽然在图案制作方面占优势，但在量产技术方面远远不如CNT。

将实现以往100倍的感度

有望在几年内实用化的传感器方面，采用石墨烯的开发案例远远高于CNT（图3）。感度和响应性达到现有技术100倍以上的情况屡见不鲜。

 
图3：利用石墨烯的传感器将实现出色的性能本图为利用石墨烯的传感器开发示例。诺基亚的湿度传感器响应性非常快（a）。石墨烯MEMS共振器正针对微量材料的测量用途进行开发（b）。硅环型光调制器可将通信性能提高至数十倍（c）。（图（c）由NTT提供，图片由各公司拍摄）例如，诺基亚2013年11月发布的柔性湿度传感器的响应性还不到0.1秒，达到了10秒以上的现有产品的100多倍。

“也许可用于利用呼吸的用户界面”（诺基亚）等，有望扩大新用途。

电池和电容器：面向电极量产“魔法粉”

有望继透明导电膜和传感器之后实现实用化的是电池类。可作为燃料电池、双电层电容器（EDLC）、锂离子充电电池的电极导电辅助剂使用（图4）。NEC已开始面向锂离子充电电池量产直径为2～5nm、介于CNT和富勒烯中间的材料“碳纳米角”。号称是能“大幅提高性能的魔法粉”。

日本贵弥功公司在EDLC“纳米混合电容器（NHC）”中，利用多层CNT实现了约30Wh/L的能量密度，是现有产品的3倍。计划2015年之前量产。

该公司预计，普通电容器的电极也将使用单层CNT（图4（c））。单层CNT的合成利用日本产业技术综合研究所和日本瑞翁（Zeon）等开发的“超速成长（SG）法”。日本贵弥功理事、技术本部基础研究中心长玉光贤次介绍说，“利用SG法合成的单层CNT杂质少，因此无需粘合剂即可与铝集电体粘合”。这样的话，（1）铝集电体与CNT间的接触电阻减少，输出密度提高至3倍；（2）对高电压的耐性提高，能量密度也随之提高。