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パルスレーザーを使って機能性高分子ナノワイヤーの作製が可能に物質・材料研究機構 後藤真宏,佐々木道子,笠原章,知京豊裕,土佐正弘

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 高分子ナノワイヤーには,無機材料からなるナノワイヤー類にはない特徴がある。すなわち,柔軟性を有したり,光学的に透明であることであり,こうした特徴を生かしてセンサー,発光素子,光スイッチ素子,マイクロマシンなどのナノデバイスとしての応用が期待されている。しかしながら,高分子ナノワイヤー自体の作製が容易でないために,その研究や応用展開は進みづらい状況が続いている。
 これまで,最も典型的な高分子ワイヤー作製方法は,サブミクロンレベルの多数の穴が開いているポーラスアルミナ基板をテンプレート(鋳型)として,その穴の中に原料となる高分子材料を溶かし込み固化させた後に,アルミナ材料を溶かすことにより,高分子ナノワイヤーを析出させるというものであった。しかし,この手法では,作製される高分子ワイヤーの直径は細くても300nm 程度が限界であり,ナノレベルのサイズにすることで発現する効果を期待したナノデバイスへの応用は困難であること,また薬剤エッチングプロセスが必要となるために,高分子ナノワイヤーへのダメージや原料が限定されるなどの問題があった。また,高分子ワイヤーに機能性を付加するためのナノ機能性材料ドーピングも原料に分散させられるものだけが対象となり,限定的なものにとどまっていた。
 このような状況の中,高分子ナノワイヤーを用いたナノデバイスへの展開を進めるため,直径数十nmレベルへの細線化や,機能性ナノ材料ドーピングによる新たな機能性の付与が待ち望まれていた。
 そこでわれわれは,パルスレーザー光照射するだけで,目的の位置に直径数十nmに細線化した高分子ナノワイヤーを成長させることができる方法に挑戦し,その開発に成功した(図1)。さらに多くの種類の材料をドーピングさせることが可能であり,機能性ナノ材料を含んだ高分子ナノワイヤーを得ることができた(図2,図3)。この例では,典型的な磁性材料である酸化鉄が含有できたため,新たに磁気的な機能性を付加している。このナノワイヤーは,磁場で運動する機能を有することが予想され,例えば,生物の鞭べんもう毛のような運動を引き起こし,人体血管内を移動する生体用マイクロマシンの駆動源としての応用が期待される。
 本手法は,目指す応用分野を見据えて,高分子ナノワイヤーの細線化と機能性を付加することを同時に可能にした世界でも初めてものである。これにより今後は,分子デバイス,マイクロマシンの開発に大きく貢献することが期待される。

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