表面のナノ空間を制御し、未知の材料を創る、不思議な現象を生み出す Fabrication of Novel Materials and Creation of Magical Phenomena via Control of Surface Nanospaces

「アルマイト」と呼ばれる身近な製品をご存知でしょうか？　およそ100年前、日本で発見された材料であり、高校の化学の教科書に必ず記載されています。アルマイトの正体は、アルミニウムの表面に生成する不動態皮膜（酸化アルミニウム）であり、電気化学反応を用いて人工的に作られたものです。この不動態皮膜にはナノレベルの小さな孔がたくさんあり、反応条件を上手にコントロールすると細孔が規則的に並び（自己規則化）、とても美しい細孔配列が得られます（図1）。この細孔は1cm²あたり10¹⁰個（10000000000個！）もあります。

この構造をそのまま活用すれば10¹⁰個の孔が開いた「ナノフィルター」になりますし、細孔に金属を埋め込めば10¹⁰個の「ナノロッド」が出来上がります。私たちの研究室では、どうしてこのような不思議なナノ構造が生成するのかを探り、小学生でも簡単に自己規則化ナノ構造を作ることができる研究開発を進めています。

このアルマイトの研究を進めていくうちに、「孔」とは逆の「突起（ファイバー）」が成長することも発見しました。ある条件下では材料表面に直径10 nm（0.00000001m！）のファイバーがどんどん成長し、そこに水滴を垂らすと、水は素早く濡れ広がって、すぐに蒸発してしまいます（超親水）。また、ファイバーの表面を水と反発する物質で修飾すると、とてもよく水をはじき（超撥水）、水滴がよく転がったり、転がらずにより大きな水滴となって表面に吸着する現象を観察できました（図2）。

このような研究成果は全て、学生との実験の中で偶然発見したものです。失敗だと思って一度は捨てた試料をたまたまゴミ箱から拾い出し、改めて観察した際にこれらの性質を見つけ出すことができました。これをご覧の皆さんもこれから研究を進めていくと、たくさんの失敗が待っています。でも、もう１度よく見つめ直してみると、そこにはたくさんの素晴らしい発見が待っています。だから、研究は面白い！