phasonの日記： 泳げ！ナノワイヤ

"Magnetically Powered Flexible Metal Nanowire Motors"
W. Gao et al., J. Am. Chem. Soc., in press (2010)

そんなわけで，泳ぐナノワイヤである．
何というか，上記のAbstractの絵と，Supporting Informationのムービーを見ていただければそれで終了，のような気がしないでもない（これは多分購読していなくても見られるはず）．とりあえずSupporting Informationの2つめのムービー(ja1072349_si_003.mpg)を見たときは吹き出してしまった．なんだこの一所懸命さは．

とまあ，とりあえず面白い話はここまでで．以下ちょっとだけちゃんとした説明．
ナノ，マイクロ領域での機械的運動やその動力，というのはMEMS，NEMSの一つの大きな研究領域である．このサイズになってくると通常の機械のように燃焼やらバッテリやらで駆動することが難しくなってくるので，生物のように化学エネルギーを何らかの手段でじわじわ放出させるか（でも難しい），外場によって外から駆動してやるか（広い範囲に一気に動力がかかるため個別制御は出来ないが，楽），というのが主な手法となる．今回の例は後者の外場による運動，である．将来的には，「外場でマイクロマシンを駆動して任意の位置に移動，その場で何か仕事を行う」という，例えば医学やら，人の入れない構造物内での修復やら，といった用途へ繋がると期待されているものではあるが，まあ現時点ではその基礎も良いところの研究段階にある．
今回の論文で実際に作ったものは，3種の金属が接合されたナノワイヤで，端からNi-Ag-Auとなっている．作り方はナノ細孔を持つ陽極酸化アルミナ（AAO）をテンプレートに使う（この手の分野では）コンベンショナルな方法．

以下，AAOに関して軽く説明しておこう．アルミホイルなどのアルミを水溶液中で電解酸化すると，表面にアルミナ（酸化アルミ）の保護膜が出来る．この時，条件（水溶液中の塩基濃度，電流量や電流の時間変化パターン）をうまく選んでやると，アルミナ膜に垂直に径の揃ったナノ細孔が多数あいた膜として得られる．「陽極酸化アルミナ」で検索していただけると実例がいくらでも引っかかってくるはずである．なお，この際の穴の径は数十nmからミクロンサイズまでいろいろ作ることが出来る．
得られたものは，アルミ電極の表面に絶縁体が積層し，垂直に穴が空いている，という構造であるから，今度はこの電極を他の金属イオンを含む溶液中に浸して電解メッキを行えば，この垂直に空いた穴の中だけに金属が析出してくる，つまり好きな金属のナノワイヤを作ることが出来るわけである．また，メッキの途中で溶液（メッキする金属イオン）を入れ替えたりといったことをすれば，ナノワイヤの組成が途中から別な金属に変化する，というような構造も作れる．

今回の実験ではこれを使い，AAOの細孔内にまずAuを析出させ，次にAgを析出，最後にNiを析出させる．これにより，直径が200nm，長さが6μmぐらい，一端がNiで他端がAu，中間はAg，というナノワイヤーができあがる．続いて今回の肝である過酸化水素水処理が入る．これにより，中心のAg部分がかなり選択的にエッチングされ，中心を繋いでいるAg部分だけ構造がぐずぐず＝フレキシブルになる．

こうして得られたナノワイヤーに回転磁場を印加すると，軽くて磁性を持つNi部分が，柔らかいAg（紐みたいなもの）を引っ張りながらぐるぐると振り回されることとなる．反動で他端のAuも振り回されるが，こちらは重いこともあり回転振幅は小さい．こうして，振り回されるNi，及び反動で動くAuをスクリューとして，ナノワイヤ全体が泳いでいくこととなる．

なお，こういった振り回される系では，あまり振幅が大きいとスクリューとしては働かなくなる．この部分の説明はなかなか難しいのであるが，振り回される棒がどっち向きに流体を押しのけるか（＝力がどちら方向に働くのか）が振幅によって変わる（振幅が大きいと，棒の角度が変わる）とか，それによって生じる流体の運動がどんな流れになるのか，とかまあいろいろ絡む．さらに今回の場合，反動で動くAu部分が，全く逆の働きをするスクリューとして働く．そのため，Au部分とNi部分の長さの比率によって，回転磁場をかけた際にナノワイヤーがNi側に向かって泳ぐのか，Au側に向かって泳ぐのか，が変わるようである．

一所懸命さ

[Kando (36875)]

確かになんだかイキモノっぽい。＞動画