EPFL-ingenieurs hebben een gloeimethode bij lage temperatuur ontwikkeld die de structuur van goud en zilver behoudt wanneer de twee metalen in een legering worden gecombineerd. Hun ontdekking zal nuttig zijn bij de vervaardiging van contactlenzen, holografische optische elementen en andere optische componenten, aangezien de nieuwe legeringen het volledige spectrale bereik weerspiegelen.

Goud, zilver, koper en aluminium worden veel gebruikt bij de vervaardiging van optische componenten vanwege hun reflecterende eigenschappen. Goud reflecteert bijvoorbeeld rood licht, terwijl zilver blauw licht weerkaatst. Deze metalen zijn ook interessant voor wetenschappers, die ze op nanoschaal bestuderen, aangezien nanostructuren een heel andere optische respons hebben dan bulkmaterialen. Op deze schaal interageert licht anders dan met hetzelfde metaal in een grotere hoeveelheid, zoals in een goudstaaf. Ingenieurs van het Nanophotonics and Metrology Laboratory (NAM), onderdeel van EPFL's School of Engineering (STI), stelden zichzelf voor een uitdaging:een materiaal ontwikkelen dat elke kleur in het spectrum weerspiegelt.

De optische effecten van beide metalen combineren

"We realiseerden ons dat we, door een legering van goud en zilver te maken, de optische effecten van beide metalen in één materiaal konden combineren", zegt professor Olivier Martin, hoofd van het laboratorium. Conventionele goud- en zilverlegeringen worden vervaardigd bij hoge temperaturen van 800-1000°C. Maar dit proces verandert de vorm van de nanostructuren. "De huidige gloeimethoden behouden de structuur van de twee metalen niet", legt Martin uit. Om dit probleem te omzeilen, begonnen de ingenieurs een gloeimethode bij lage temperatuur te ontwikkelen die voor elk legeringsmengsel zou werken.

300 graden Celsius

In het laboratorium demonstreerde Martin's team eerst de haalbaarheid van het gebruik van een gloeimethode bij lage temperatuur om een ​​goud- en zilverlegering te vervaardigen. De ingenieurs verhitten beide metalen acht uur tot 300°C en daarna nog 30 minuten tot 450°C, waarbij ze met succes een gelegeerde goud-zilveren dunne film produceerden. "We gebruiken lagen op nanoschaal in ons proces", zegt Jeonghyeon Kim, een Ph.D. student en lid van het team. "Ze zijn ongelooflijk dun." De ingenieurs ontdekten dat hun methode de structuren van de twee metalen handhaaft - en dat het nieuwe materiaal het volledige spectrale bereik weerspiegelt, afhankelijk van de samenstelling. "Uitgloeien bij lage temperatuur produceert goed gelegeerde materialen, maar verandert de vorm van de deeltjes niet. Het is alsof we de optische eigenschappen van goud en zilver hebben gecombineerd. Onze legering weerspiegelt nieuwe kleuren."

Het onderzoeksteam experimenteerde ook met verschillende legeringsverhoudingen. "De optische effecten veranderen naarmate we meer goud of zilver aan het mengsel toevoegen", zegt Martin. Hun methode, die zou kunnen worden gebruikt om nieuwe optische instrumenten te vervaardigen, heeft ook meer alledaagse toepassingen. "Ons materiaal zou bijvoorbeeld zijn weg kunnen vinden naar wijzerplaten van horloges", voegt Martin toe. + Verder verkennen

Chemici tonen aan dat de gefaseerde afgifte van ionen uit goud-zilver nanodeeltjes een nuttige eigenschap kan zijn