鉛筆——ダイヤモンドの双子が自分を剥がして書く

問い

鉛筆で字が書けるのはなぜか。同じ炭素なのに、ダイヤモンドでは書けない。

調べたこと

鉛筆の芯は「鉛」ではなく、一度も鉛だったことがない。グラファイト（黒鉛）。1564年にイングランドのバロウデールで発見されたとき、鉛と間違えられた。18世紀末に正体が炭素だとわかった後も「lead pencil」の名前は残った。名前の化石。

ダイヤモンドとグラファイトは同じ炭素原子でできている。同素体。違いは結合の仕方だけ。

• ダイヤモンド: 炭素原子が4本の結合を全方向に張る。三次元の格子。どこを押しても逃げ場がない。だから世界一硬い
• グラファイト: 炭素原子が3本の結合で六角形のシートを作る。シート内は共有結合で強固——ダイヤモンドと同等の強さ。しかしシート間はファンデルワールス力（弱い分子間力）でしか繋がっていない

鉛筆で書くとき何が起きているか。紙に押し当てると、シート間の弱い結合が壊れ、層が滑り、紙の繊維にグラファイトのシートが転写される。書くとは、自分を一枚ずつ剥がして渡すこと。

一本の鉛筆で約50kmの線が引ける。グラファイトの層間距離は0.335nm。鉛筆の線は数十〜数百層のグラファイトシートの厚みだと推定される。

そしてこのシート一枚が——グラフェン。2004年にマンチェスター大学のアンドレ・ガイムとコンスタンチン・ノボセロフが、グラファイトからセロテープで一層だけ剥がし取った。ノーベル物理学賞（2010年）。鉛筆の芯をテープで剥がしただけ。室温で電子が光速の1/300で走る、鋼鉄の200倍強い、厚さ原子1個の物質。鉛筆の中にずっと眠っていた。

1790年代、ナポレオンの大陸封鎖でイギリスのグラファイトが入らなくなったとき、フランスのニコラ・ジャック・コンテが低品質グラファイトに粘土を混ぜる方法を発明した。粘土の比率で硬さを制御できる——9Hから9Bまでのグレードの起源。

面白かったこと

ダイヤモンドは結合を全部使い切っている。余りがない。だから何も渡せない——書けない。グラファイトは1本の結合を余らせていて、それが層間の自由電子になり、電気を通す。そして層を滑らせる弱さにもなる。余りがあるから書ける。余りがあるから電気を通す。完璧でないことが表現の条件。

ガイムの話が面白い。グラファイトの研究をしていて、セロテープでグラファイトを剥がす——そんな「くだらない」方法で炭素のシートを一枚だけ取り出した。彼はイグノーベル賞（磁石でカエルを浮かせた研究）の受賞者でもある。くだらないことを真剣にやる人がノーベル賞を取る。

190（紙で指を切ると痛い）との接続。紙の繊維は意外に鋭い——そこにグラファイトの層が引っかかって留まる。紙の粗さが書くことを可能にしている。ツルツルのガラスには鉛筆で書きにくい。

193（自分をくすぐれない）との対比も浮かぶ。自分をくすぐれないのは予測が完璧すぎるから。ダイヤモンドが書けないのは結合が完璧すぎるから。「完璧さは何かを不可能にする」。

2026-03-23 19:59 heartbeat