Forskare skapar atomärt tunt guld med hundraårig japansk knivtillverkningsteknik

Grafen har hyllats som ett undermaterial, men det satte också fart på att hitta andra lovande atomärt tunna material. Nu har forskare lyckats skapa en 2D-version av guld som de kallar "goldene", som kan ha en mängd tillämpningar inom kemi.

Forskare hade spekulerat om möjligheten att skapa lager av kol bara en enda atom tjock i många decennier. Men det var inte förrän 2004 som ett team från University of Manchester i Storbritannien först producerade grafenark med den anmärkningsvärt enkla tekniken att skala bort dem från en grafitklump med vanlig tejp.

Det resulterande materialets höga hållfasthet, höga ledningsförmåga och ovanliga optiska egenskaper satte fart för att hitta tillämpningar för det. Men det sporrade också forskare att undersöka vilka typer av exotiska möjligheter andra ultratunna material kan ha.

Guld är ett material som forskare länge varit ivriga att göra så tunt som grafen, men hittills har ansträngningarna varit förgäves. Men nu har forskare från Linköpings universitet i Sverige lånat från en gammal japansk smidesteknik för att skapa ultratunna flingor av vad de kallar "gyllene".

"Om du gör ett material extremt tunt händer något extraordinärt," sa Shun Kashiwaya, som ledde forskningen, i ett pressmeddelande. "Samma sak händer med guld."

Att göra goldene har visat sig vara svårt tidigare eftersom dess atomer tenderar att klumpa ihop sig. Så även om du kan skapa ett 2D-ark av guldatomer rullar de snabbt ihop för att skapa nanopartiklar istället.

Forskarna kom runt detta genom att ta en keramik som kallas titankiselkarbid, som har ultratunna lager av kisel mellan lager av titankarbid, och belägga den med guld. De värmde sedan upp det i en ugn, vilket fick guldet att diffundera in i materialet och ersätta kiselskikten i en process som kallas interkalering.

Detta skapade atomärt tunna lager av guld inbäddade i keramiken. För att få ut det var de tvungna att låna en hundraårig teknik utvecklad av japanska knivmakare. De använde en kemisk formulering känd som Murakamis reagens, som etsar bort kolrester, för att långsamt avslöja guldplåtarna.

Forskarna fick experimentera med olika koncentrationer av reagenset och olika etsningstider. De var också tvungna att lägga till en tvättmedelsliknande kemikalie som kallas ett ytaktivt ämne som skyddade guldplåtarna från etsvätskan och förhindrade dem från att krypa ihop. Guldflingorna kunde sedan siktas ur lösningen för att undersökas närmare.

I en papper i Natursyntes, beskriver forskarna hur de använde ett elektronmikroskop för att bekräfta att guldskikten verkligen bara var en atom tjocka. De visade också att de gyllene flingorna var halvledare.

Det är inte första gången någon påstår sig ha skapat goldene, anteckningar Natur. Men tidigare försök har inneburit att skapa de ultratunna plåtarna mellan andra material, och Linköping-teamet säger att deras ansträngning är den första att skapa en "fristående 2D-metall".

Materialet kan ha en rad användningsfall, säger forskarna. Guldnanopartiklar visar redan lovande som katalysatorer som kan förvandla plastavfall och biomassa till värdefulla material, noterar de i sin tidning, och de har egenskaper som kan visa sig användbara för energiskörd, vilket skapar fotoniska enheter, eller till och med dela vatten för att skapa vätebränsle.

Det kommer att krävas arbete att justera syntesmetoden så att den kan producera kommersiellt användbara mängder av materialet, en utmaning som har försenat den fullständiga ankomsten av grafen som en allmänt använd produkt också. Men teamet undersöker också om liknande metoder kan tillämpas på andra användbara katalytiska metaller. Grafen är kanske inte det enda undermaterialet i stan på länge.

Image Credit: Natursyntes (CC BY 4.0)

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://singularityhub.com/2024/04/18/scientists-make-atomically-thin-gold-with-century-old-japanese-knife-making-technique/