ETH-onderzoekers hebben een ongelooflijk lichtgewicht 18-karaats goud gemaakt, met behulp van een matrix van plastic in plaats van metalen legeringselementen.

Liefhebbers van gouden horloges en zware sieraden zullen enthousiast zijn. De objecten van hun verlangen kunnen op een dag veel lichter worden, maar zonder ook maar iets van hun glitter te verliezen. Vooral met horloges, een kleine hoeveelheid gewicht kan het verschil maken. Niemand wil een zwaar horloge om de pols dragen, zelfs als het van echt goud is gemaakt. Na een tijdje, het wordt ongemakkelijk en vervelend.

Voorheen een postdoc in het ETH-lab onder leiding van Raffaele Mezzenga, Hoogleraar voeding en zachte materialen, Leonie van 't Hag ging een nieuwe vorm van goud maken die zo'n vijf tot tien keer minder weegt dan traditioneel 18-karaats goud. Het conventionele mengsel is meestal driekwart goud en een kwart koper, met een dichtheid van ongeveer 15 g/cm ³ .

Dat geldt niet voor dit nieuwe lichtgewicht goud:de dichtheid is slechts 1,7 g/cm ³ . En toch is het nog steeds 18-karaats goud. Hoe werd deze wonderbaarlijke lichtheid bereikt? In plaats van een metaallegeringselement, van 't Hag, Mezzenga en collega's gebruikten eiwitvezels en een polymeerlatex om een ​​matrix te vormen waarin ze dunne schijven van gouden nanokristallen insloten. In aanvulling, het lichtgewicht goud bevat talloze kleine luchtzakjes die onzichtbaar zijn voor het oog. De studie van de onderzoekers over dit proces is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .

Hier is hoe de onderzoekers het nieuwe lichtgewicht goud creëren:eerst, ze voegen de ingrediënten toe aan water en creëren een dispersie. Na het toevoegen van zout om de dispersie in een gel te veranderen, vervolgens vervangen ze het water erin met alcohol.

Daarna plaatsen ze de alcoholgel in een drukkamer, waar hoge drukken en een superkritische CO ₂ atmosfeer maakt mengbaarheid van de alcohol en de CO . mogelijk ₂ gas; wanneer de druk wordt opgeheven, alles verandert het in een homogene ragfijne aerogel. Warmte kan daarna verder worden toegepast om de plastic polymeren te gloeien, waardoor het materiaal wordt getransformeerd en verdicht tot de uiteindelijke gewenste vorm, maar met behoud van de 18-karaats samenstelling.

Eigenschappen van een kunststof werkstuk

"Dit goud heeft de materiaaleigenschappen van een plastic, " zegt Mezzenga. Als een stuk ervan op een harde ondergrond valt, het klinkt als plastic. Maar het glinstert als metallisch goud, en kan worden gepolijst en in de gewenste vorm worden bewerkt.

De onderzoekers kunnen zelfs de hardheid van het materiaal aanpassen door de samenstelling van het goud te veranderen. Ze kunnen ook de latex in de matrix vervangen door andere kunststoffen, zoals polypropyleen. Aangezien polypropyleen vloeibaar wordt bij een bepaalde temperatuur, "plastic goud" dat ermee wordt gemaakt, kan het smeltproces van goud nabootsen, maar bij veel lagere temperaturen. Verder, de vorm van het gouden nanodeeltje kan de kleur van het materiaal veranderen:"nanoplaatjes" produceren de typische glans van goud, terwijl bolvormige nanodeeltjes van goud het materiaal een violette tint geven.

"Als een algemene regel, onze aanpak stelt ons in staat bijna elk soort goud te creëren dat we kiezen, in lijn met de gewenste eigenschappen, ' zegt Mezzenga.

Goud voor uurwerken en elektronica

Mezzenga wijst erop dat, terwijl er vooral vraag zal zijn naar plastic goud bij de vervaardiging van horloges en juwelen, het is ook geschikt voor chemische katalyse, elektronische toepassingen of stralingsafscherming. De onderzoekers hebben patent aangevraagd op zowel het proces als het materiaal.

De wetenschappers van Mezzenga hadden enige tijd geleden al naam gemaakt met het lichtste goud ter wereld - goud dat zo weinig woog dat het op cappuccinoschuim kon drijven. "Maar het materiaal was te onstabiel en kon niet worden bewerkt. Deze keer hebben we onszelf het duidelijke doel gesteld om een ​​lichtgewicht goud te creëren dat ook daadwerkelijk kan worden verwerkt en gebruikt in de meeste toepassingen waar goud tegenwoordig wordt gebruikt", zegt Mezzenga.