Forskere skaber atomisk tyndt guld med århundredgammel japansk knivfremstillingsteknik

Tidsstempel: 18. april 2024 1: 36 PM
Kildeknude: 2732961

Genudgivet af Platon

Grafen er blevet hyldet som et vidundermateriale, men det satte også gang i et kapløb om at finde andre lovende atomisk tynde materialer. Nu har forskere formået at skabe en 2D-version af guld, de kalder "goldene", som kunne have et væld af anvendelser inden for kemi.

Forskere havde spekuleret i muligheden for at skabe lag af kulstof med kun et enkelt atom tykt i mange årtier. Men det var først i 2004, at et hold fra University of Manchester i Storbritannien for første gang producerede grafenplader ved at bruge den bemærkelsesværdigt enkle teknik med at pille dem af en klump grafit med almindelig klæbrig tape.

Det resulterende materiales høje styrke, høje ledningsevne og usædvanlige optiske egenskaber satte gang i et stormløb for at finde anvendelser til det. Men det ansporede også forskere til at undersøge, hvilke former for eksotiske egenskaber andre ultratynde materialer kunne have.

Guld er et materiale, som forskere længe har været ivrige efter at lave så tyndt som grafen, men indtil videre har indsatsen været forgæves. Men nu har forskere fra Linköpings Universitet i Sverige lånt fra en gammel japansk smedeteknik for at skabe ultratynde flager af det, de kalder "gyldne".

"Hvis du laver et materiale ekstremt tyndt, sker der noget ekstraordinært," sagde Shun Kashiwaya, der ledede forskningen, i en pressemeddelelse. "Det samme sker med guld."

At lave goldene har tidligere vist sig svært, fordi dets atomer har tendens til at klumpe sig sammen. Så selvom du kan skabe et 2D-ark af guldatomer, ruller de hurtigt op for at skabe nanopartikler i stedet.

Forskerne kom uden om dette ved at tage en keramik kaldet titanium siliciumcarbid, som har ultratynde lag af silicium mellem lagene af titaniumcarbid, og belægge det med guld. De opvarmede det derefter i en ovn, hvilket fik guldet til at diffundere ind i materialet og erstatte siliciumlagene i en proces kendt som interkalation.

Dette skabte atomisk tynde lag af guld indlejret i keramikken. For at få det ud, måtte de låne en århundredgammel teknik udviklet af japanske knivmagere. De brugte en kemisk formulering kendt som Murakamis reagens, som ætser kulstofrester væk, for langsomt at afsløre guldpladerne.

Forskerne skulle eksperimentere med forskellige koncentrationer af reagenset og forskellige ætsetider. De skulle også tilføje et vaskemiddellignende kemikalie kaldet et overfladeaktivt middel, der beskyttede guldpladerne mod ætsevæsken og forhindrede dem i at krølle sammen. Guldflagerne kunne så sigtes ud af opløsningen for at blive undersøgt nærmere.

I en papir ind Natursyntese, beskriver forskerne, hvordan de brugte et elektronmikroskop til at bekræfte, at guldlagene faktisk kun var ét atom tykke. De viste også, at de gyldne flager var halvledere.

Det er ikke første gang, nogen hævder at have skabt goldene, noter Natur. Men tidligere forsøg har involveret at skabe de ultratynde plader klemt mellem andre materialer, og Linköping-teamet siger, at deres indsats er den første til at skabe et "fritstående 2D-metal."

Materialet kan have en række anvendelsesmuligheder, siger forskerne. Guldnanopartikler viser allerede lovende som katalysatorer, der kan omdanne plastikaffald og biomasse til værdifulde materialer, noterer de i deres papir, og de har egenskaber, der kan vise sig nyttige til energihøst, hvilket skaber fotoniske enheder, eller endda spalte vand for at skabe brintbrændstof.

Det vil kræve arbejde at finjustere syntesemetoden, så den kan producere kommercielt brugbare mængder af materialet, en udfordring, der også har forsinket den fulde ankomst af grafen som et meget brugt produkt. Men holdet undersøger også, om lignende tilgange kan anvendes på andre nyttige katalytiske metaller. Grafen er måske ikke det eneste vidundermateriale i byen længe.

Billede Credit: Natursyntese (CC BY 4.0)