Et enkelt atomlag af guld - forskere skaber goldene
For første gang er det lykkedes forskerne at skabe guldplader, der kun er et enkelt atomlag tykt. Materialet er blevet kaldt gyldent. Ifølge forskere fra Linköpings Universitet, Sverige, har dette givet guldet nye egenskaber, der kan gøre det velegnet til brug i applikationer som kuldioxidomdannelse, brintproduktion og produktion af værdiskabende kemikalier. Deres resultater er publiceret i tidsskriftet Nature Synthesis .
Forskere har længe forsøgt at lave enkeltatom-tykke plader af guld, men mislykkedes, fordi metallet har en tendens til at klumpe sig sammen. Men det er nu lykkedes for forskere fra Linköpings Universitet takket være en hundrede år gammel metode brugt af japanske smede.
"Hvis man laver et materiale ekstremt tyndt, sker der noget ekstraordinært - som med grafen. Det samme sker med guld. Guld er som bekendt normalt et metal, men hvis enkeltatomlag tykt, kan guldet i stedet blive en halvleder ," siger Shun Kashiwaya, forsker ved Materials Design Division ved Linköpings Universitet.
For at skabe goldene brugte forskerne et tredimensionelt basismateriale, hvor guld er indlejret mellem lag af titanium og kulstof. Men at komme med goldene viste sig at være en udfordring. Ifølge Lars Hultman, professor i tyndfilmsfysik ved Linköpings Universitet, skyldes en del af fremgangen serendipity.
"Vi havde skabt grundmaterialet med helt andre anvendelser for øje. Vi startede med en elektrisk ledende keramik kaldet titanium siliciumcarbid, hvor silicium er i tynde lag. Så var tanken at belægge materialet med guld for at skabe en kontakt. Men da vi udsatte komponenten for høj temperatur, siliciumlaget blev erstattet af guld inde i grundmaterialet," siger Lars Hultman.
Dette fænomen kaldes interkalation, og hvad forskerne havde opdaget var titaniumguldcarbid. I flere år har forskerne haft titaniumguldcarbid uden at vide, hvordan guldet så at sige kan eksfolieres eller pandes ud.
Ved et tilfælde fandt Lars Hultman en metode, som har været brugt i japansk smedekunst i over hundrede år. Det kaldes Murakamis reagens, som ætser kulstofrester væk og ændrer farven på stål ved f.eks. knivfremstilling. Men det var ikke muligt at bruge præcis samme opskrift, som smedene gjorde. Kashiwaya måtte se på ændringer.
"Jeg prøvede forskellige koncentrationer af Murakamis reagens og forskellige tidsintervaller for ætsning. En dag, en uge, en måned, flere måneder. Det, vi bemærkede, var, at jo lavere koncentration og jo længere ætsningsprocessen var, jo bedre. Men det var stadig ikke ikke nok," siger han.
Raderingen skal også udføres i mørke, da cyanid udvikles i reaktionen, når det rammes af lys, og det opløser guld. Det sidste skridt var at få guldpladerne stabile. For at forhindre de blotlagte todimensionelle ark i at krølle sammen, blev der tilsat et overfladeaktivt middel. I dette tilfælde et langt molekyle, der adskiller og stabiliserer arkene, dvs. en tensid.
"De gyldne plader er i en opløsning, lidt ligesom cornflakes i mælk. Ved hjælp af en type 'si' kan vi samle guldet og undersøge det ved hjælp af et elektronmikroskop for at bekræfte, at det er lykkedes. Hvilket vi har," siger Kashiwaya .
De nye egenskaber ved goldene skyldes, at guldet har to frie bindinger, når det er todimensionelt. Takket være dette kan fremtidige applikationer omfatte kuldioxidomdannelse, brintgenererende katalyse, selektiv produktion af værdiskabende kemikalier, brintproduktion, vandrensning, kommunikation og meget mere. Desuden kan mængden af guld, der bruges i applikationer i dag, reduceres meget.
Næste skridt for LiU-forskerne er at undersøge, om det er muligt at gøre det samme med andre ædelmetaller og identificere yderligere fremtidige anvendelser.
Flere oplysninger: Syntese af golden omfattende enkelt-atom lag guld, Nature Synthesis (2024). DOI:10.1038/s44160-024-00518-4
Journaloplysninger: Natursyntese
Leveret af Linköping University
Varme artikler
-
Keramik behøver ikke at være skørt:Materialeforskere skaber materialer ved designDenne sekvens viser, hvordan Greer Labs tredimensionelle, keramiske nanogitter kan komme sig efter at være blevet komprimeret med mere end 50 procent. Med uret, fra venstre mod højre, et aluminananogi -
Ure, LED'er drevet af garnbatteriEt armbånd lavet af stof vævet fra det nye garnbatteri kan drive et ur (venstre), LEDer (øverst til højre), og en pulssensor (nederst til højre). Kredit:Huang et al. ©2017 American Chemical Society -
Forskere finder ud af, at bittesmå molekyler, der passerer gennem nanorør, kan drives eller sænke…Et diagram over en af gruppens eksperimentelle opsætninger viser en kobberplade, der kan opvarmes ved hjælp af en brænder under den, at studere effekten af temperatur på processen. Oven på tallerk -
Dyreceller kommunikerer elektrisk over lange afstande via nanorørDannelsen af TNT mellem NRK-celler. Billedkredit:PNAS, doi:10.1073/pnas.1006785107. (PhysOrg.com) - En ny undersøgelse har opdaget, at dyreceller kommunikerer elektrisk med hinanden via tunneler
- Indien vurderer den tekniske ulempe, der afbrød månemissionen
- Viser sig frem:Vilde chimpanser viser andre genstande blot for at dele opmærksomheden
- Ti af de mest innovative robotudviklinger i det seneste år
- Forskere bruger kobber nanotråde til at bekæmpe spredning af sygdomme
- Næsten 400, 000 flygter fra DR Congo by på grund af frygt for vulkanudbrud igen
- Earth Day:Tager pulsen på vores planet