Hybridmateriale som bladguld erstatning

(Phys.org) – Et team af forskere ledet af professor Raffaele Mezzenga har skabt et hybridmateriale af guld og mælkeproteiner, der ligner et oblattyndt bladguld. Takket være dens egenskaber, det kan bruges i en lang række applikationer fra gastronomi til smykkeindustrien.

Raffaele Mezzenga, professor i mad og bløde materialer, kom på ideen om "guldpapir" for et år siden. På det tidspunkt, hans gruppe arbejdede på et usædvanligt hybridmateriale, en oblat tynd, papirlignende blanding af grafen og proteinfibre (se ETH Life-rapport). Opskriften er universelt anvendelig og relativt enkel:du blander fibroide genstande med pladelignende enheder i en vandig opløsning og filtrerer blandingen ved hjælp af vakuum. Pladerne og fibrene samles og forbliver på filteret som en tynd film.

Som resultat, Mezzenga satte to af hans teammedlemmer, Chaoxu Li og Sreenath Bolisetty, opgaven med at fremstille en slags bladguld af proteinfibre og guldplader. Først og fremmest, forskerne skulle lave fibrene ved at strække dem naturligt fra mælkekugleproteiner, det såkaldte beta-lactoglobulin, ved hjælp af varme og syre. Som alle proteiner, mælkeproteiner er også sammensat af en kæde af adskillige individuelle aminosyrer, der danner komplekse kompakte strukturer under native forhold. Varme eller kemikalier bryder den kompakte konfiguration op, får kæderne til at løsne sig.

Guld monokrystaller og fibre bundet op

Flere af disse mælkeproteinfibre organiserer sig derefter i tykkere, spiralformede fibre. Forskerne tilføjede guld i form af et salt til den sure opløsning af fibrene. Proteinfibrene tillader guldet at reducere til små plader med en diameter på en mikrometer og en tykkelse på 100 nanometer. Guldet vokser som en såkaldt monokrystal, og guldionerne danner et krystalgitter, der er fuldstændig fri for fejl.

Guldplader og fibre ophobes derefter i lag. Den tynde film, der bliver tilbage efter filtrering, dannes stort set på samme måde som papir fra cellulose. Det nye hybridmateriale er meget stabilt, men ændrer bemærkelsesværdigt dets fysiske og optiske egenskaber, når det kommer i kontakt med vand.

Hybrid maddekoration

Mezzenga ser en første ansøgning inden for gastronomi. I kulinariske applikationer, rent guld har en godkendt E-nummerkode (E-175), der tillader dets anvendelse som tilsætningsstof i fødevarer, og bladguld har længe været brugt til at dekorere desserter, drikkevarer og andre specialtilberedte fødevarer. Fordi det nye hybridmateriale er lavet af guld og kostproteiner, forskerne forventer ikke nogen forhindringer i at bruge det til kulinariske formål, derved betydeligt reducere omkostningerne ved at bruge rent guld.

Endnu mere interessant, imidlertid, er de usædvanlige optiske egenskaber ved "guldpapiret", især da guldet er tilgængeligt som monokrystaller. Disse egenskaber ændres i henhold til pH-værdien, for eksempel, hvilket betyder, at hybridmaterialet kan bruges til surhedsmålinger i sensorer. "Papiret" er også ledende i varierende grad afhængigt af dets sammensætning og egner sig til anvendelser inden for mikroelektronik.

Urskive lavet af laktogold blad

Fordi, pålydende, guldpapiret kan næsten ikke skelnes fra bladguld – det har guldets glans og farve – det kan også være interessant for ur- og smykkeindustrien, hvilket kunne reducere deres efterspørgsel efter det ædle metall med proteinbladguld. For at efterligne bladguld, hybridmaterialet behøver kun et forhold på en tredjedel vægtprocent guld. Det nye materiale ville således kun være billetten til at guldbelægge tallene på forsiden af ​​armbåndsure, for eksempel. "Når man tænker på, hvor meget rent guld koster, dette nye materiale gør en enorm forskel, " siger ETH-Zürich-professoren. På den ene side, det kunne bidrage til at reducere den globale efterspørgsel efter guld og dermed lette presset på naturressourcerne; på den anden side, hybridmaterialet udvider anvendelsesområderne for metallet.

Forskerne har indgivet patent på deres opfindelse. Mezzenga håber, at industrien vil vise interesse for det nye materiale. "Guld er et delikat emne. Ikke desto mindre, potentialet for applikationer er stort."