Впервые учёным удалось создать золотую «фольгу» толщиной в атомный слой
Впервые учёным удалось получить двумерное золото толщиной всего в один атомный слой. Материал получил название goldene. И это на первых порах — затруднение для переводчиков, так как термин в словари ещё не попал. Слово явно образовано по аналогии с англоязычным названием — graphene. В общем, пусть будет, соответственно, «голдéн».
Сообщение об открытии опубликовали в журнале Nature Synthesis. Итак, по словам исследователей из Университета Линчёпинга (LiU), Швеция, небывалая тонкость слоя придала золоту в форме голдена новые полезные свойства.
Учёные долгое время пытались изготовить листы золота толщиной в один атом, но претерпевали неудачу из-за склонности металла к слипанию. Наконец в Швеции добились успеха благодаря… методу столетней давности, которым пользовались японские кузнецы.
Исследователь из LiU Шун Кашивайя рассказал, что при достижении чрезвычайной тонкости с веществами может происходить нечто экстраординарное — как с графеном. И это случилось с золотом. Будучи металлом, при толщине слоя в один атом золото может превратиться в полупроводник. А у полупроводников, как известно, электрическая проводимость увеличивается с ростом температуры
Для создания голдена исследователи использовали трёхмерный материал-основу, в котором золото встроили между слоями титана и углерода. Причём создание голдена оказалось сложной задачей. По словам Ларса Хультмана, профессора физики в LiU, прогресс научного проекта случился благодаря интуитивной прозорливости экспериментаторов.
Хультман сказал, что базовый материал с формулой Ti3AuC2 создали с совершенно иными целями. Работа поначалу велась над электропроводящей керамикой под названием карбосилицид титана Ti3SiC2, в которой кремний присутствует тонкими слоями. Затем появилась свежая идея — покрыть материал золотом для создания контакта. Но когда компонент подвергли воздействию высокой температуры, слой кремния внутри основного материала заместился золотом.
Это явление называется интеркаляцией. Интеркаляция — обратимое включение молекулы или группы между другими молекулами или группами. Исследователи обнаружили, что теперь перед ними карбид титана и золота Ti3AuC2. Причём они в течение нескольких лет не знали, как же «отшелушить» из него золото, разложив элементы «по полочкам».
Ларс Хультман случайно наткнулся на метод, который используют в японском кузнечном деле уже больше сотни лет. Японские мастера так называемым реактивом Мураками вытравливают из поковки остатки углерода и изменяют цвет стали, например, при изготовлении ножей. Вот его состав из распространённого справочника по травлению металлов: «10 г калиевой соли гексацианожелезной кислоты (красная кровяная соль), 10 г едкого калия, 100 мл дистиллированной воды». В других источниках встречается и такие «рецепты»: «2 г соли K3Fе (CN)6, 25 г KOH и 70 мл H2O», «красная кровяная соль 10 г, едкий кали 10 г, вода 100 мл» и «красная кровяная соль 30 г, едкий кали 30 г, вода 60 мл».
Но запросто использовать кузнечную технологию не получалось. И тогда Шун Кашивайя взялся приспосабливать ноу-хау для травления под текущие нужды. Он перепробовал разные концентрации реактива Мураками и разные временные интервалы для травления: день, неделя, месяц, несколько месяцев.
Оказалось, что травление к тому же должно протекать в темноте, поскольку на свету в результате реакции образуется цианид, который растворяет золото.
На финальном этапе требовалось придать золотой «фольге» стабильность. Чтобы предотвратить скручивание оголённых двумерных хлопьев золота, пришлось добавить поверхностно-активное вещество. Как известно, ПАВ при добавлении в жидкость снижает её поверхностное натяжение, тем самым увеличивая текучесть и смачивающие свойства.
«Лепестки» голдена выглядели в растворе, как какие-то кукурузные хлопья в молоке. Используя что-то вроде «ситечка», учёные собрали оттуда золото и исследовали его с помощью электронного микроскопа. Так подтвердилось, что они достигли успеха.
Новые свойства голдена обусловлены тем фактом, что золото в двумерном виде имеет две свободные химические связи. Предполагается, что эти свойства делают золотую «фольгу» толщиной в атом пригодной для конверсии (превращения) углекислого газа, производства водорода и химикатов с добавленной стоимостью. К последним относятся вещества, имеющие промышленную ценность и полученные из дешёвой натуральной биомассы химическим или биосинтетическим путём.
На следующем этапе исследователи из LiU намерены выяснить, можно ли совершить то же самое с другими благородными металлами.
Сообщение об открытии опубликовали в журнале Nature Synthesis. Итак, по словам исследователей из Университета Линчёпинга (LiU), Швеция, небывалая тонкость слоя придала золоту в форме голдена новые полезные свойства.
Учёные долгое время пытались изготовить листы золота толщиной в один атом, но претерпевали неудачу из-за склонности металла к слипанию. Наконец в Швеции добились успеха благодаря… методу столетней давности, которым пользовались японские кузнецы.
Исследователь из LiU Шун Кашивайя рассказал, что при достижении чрезвычайной тонкости с веществами может происходить нечто экстраординарное — как с графеном. И это случилось с золотом. Будучи металлом, при толщине слоя в один атом золото может превратиться в полупроводник. А у полупроводников, как известно, электрическая проводимость увеличивается с ростом температуры
Для создания голдена исследователи использовали трёхмерный материал-основу, в котором золото встроили между слоями титана и углерода. Причём создание голдена оказалось сложной задачей. По словам Ларса Хультмана, профессора физики в LiU, прогресс научного проекта случился благодаря интуитивной прозорливости экспериментаторов.
Хультман сказал, что базовый материал с формулой Ti3AuC2 создали с совершенно иными целями. Работа поначалу велась над электропроводящей керамикой под названием карбосилицид титана Ti3SiC2, в которой кремний присутствует тонкими слоями. Затем появилась свежая идея — покрыть материал золотом для создания контакта. Но когда компонент подвергли воздействию высокой температуры, слой кремния внутри основного материала заместился золотом.
Это явление называется интеркаляцией. Интеркаляция — обратимое включение молекулы или группы между другими молекулами или группами. Исследователи обнаружили, что теперь перед ними карбид титана и золота Ti3AuC2. Причём они в течение нескольких лет не знали, как же «отшелушить» из него золото, разложив элементы «по полочкам».
Ларс Хультман случайно наткнулся на метод, который используют в японском кузнечном деле уже больше сотни лет. Японские мастера так называемым реактивом Мураками вытравливают из поковки остатки углерода и изменяют цвет стали, например, при изготовлении ножей. Вот его состав из распространённого справочника по травлению металлов: «10 г калиевой соли гексацианожелезной кислоты (красная кровяная соль), 10 г едкого калия, 100 мл дистиллированной воды». В других источниках встречается и такие «рецепты»: «2 г соли K3Fе (CN)6, 25 г KOH и 70 мл H2O», «красная кровяная соль 10 г, едкий кали 10 г, вода 100 мл» и «красная кровяная соль 30 г, едкий кали 30 г, вода 60 мл».
Но запросто использовать кузнечную технологию не получалось. И тогда Шун Кашивайя взялся приспосабливать ноу-хау для травления под текущие нужды. Он перепробовал разные концентрации реактива Мураками и разные временные интервалы для травления: день, неделя, месяц, несколько месяцев.
Мы заметили, что чем ниже концентрация и чем дольше процесс травления, тем лучше. Но этого всё равно было недостаточно
— Шун Кашивайя, соавтор голдена.
— Шун Кашивайя, соавтор голдена.
Оказалось, что травление к тому же должно протекать в темноте, поскольку на свету в результате реакции образуется цианид, который растворяет золото.
На финальном этапе требовалось придать золотой «фольге» стабильность. Чтобы предотвратить скручивание оголённых двумерных хлопьев золота, пришлось добавить поверхностно-активное вещество. Как известно, ПАВ при добавлении в жидкость снижает её поверхностное натяжение, тем самым увеличивая текучесть и смачивающие свойства.
«Лепестки» голдена выглядели в растворе, как какие-то кукурузные хлопья в молоке. Используя что-то вроде «ситечка», учёные собрали оттуда золото и исследовали его с помощью электронного микроскопа. Так подтвердилось, что они достигли успеха.
Новые свойства голдена обусловлены тем фактом, что золото в двумерном виде имеет две свободные химические связи. Предполагается, что эти свойства делают золотую «фольгу» толщиной в атом пригодной для конверсии (превращения) углекислого газа, производства водорода и химикатов с добавленной стоимостью. К последним относятся вещества, имеющие промышленную ценность и полученные из дешёвой натуральной биомассы химическим или биосинтетическим путём.
На следующем этапе исследователи из LiU намерены выяснить, можно ли совершить то же самое с другими благородными металлами.
- Дмитрий Ладыгин
- nature.com; freepik.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
Искусственный интеллект «ненавидит»… белых мужчин: новое исследование еще раз подтвердило западный тренд
Появление нейросетей значительно ухудшило положение одной из групп белого населения в Америке и Европе...
100-летняя страшная история с черепами у древнеегипетских гробниц наконец-то прояснилась
Неожиданно оказалось, что человеческие жертвоприношения 5000 лет назад совершались совсем не так, как описано в древних табличках...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Шуховскую башню в Москве начали разбирать: почему правнук великого русского инженера против такой «реконструкции»?
Где главный промах московских властей и чем восстановление отличается реконструкции?...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...
Пустая еда: почему за 60 лет наши продукты потеряли половину полезных веществ и микроэлементов
По словам исследователей, мир находится в состоянии скрытого голода: калорий, вроде бы, хватает, а витаминов и минералов нет...
Крестик XII века показал, настолько ученые ошибались в истории древнего Смоленска
Скромный артефакт из редкого материала оказался для археологов дороже серебряного клада...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...