Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Eén enkele atoomlaag van goud:onderzoekers creëren goldene

Lars Hultman, hoogleraar dunnefilmfysica en Shun Kashiwaya, onderzoeker bij de Materials Design Division van de Universiteit van Linköping. Credit:Olov Planthaber

Voor het eerst zijn wetenschappers erin geslaagd goudplaten te maken die slechts één atoomlaag dik zijn. Het materiaal wordt goldene genoemd. Volgens onderzoekers van de Linköping Universiteit in Zweden heeft dit het goud nieuwe eigenschappen gegeven die het geschikt kunnen maken voor gebruik in toepassingen zoals de omzetting van koolstofdioxide, de productie van waterstof en de productie van chemicaliën met toegevoegde waarde. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Synthesis .



Wetenschappers hebben lang geprobeerd goudplaten van één atoom dik te maken, maar dat mislukte omdat het metaal de neiging had om samen te klonteren. Maar onderzoekers van de Universiteit van Linköping zijn daar nu in geslaagd dankzij een honderd jaar oude methode van Japanse smeden.

"Als je een materiaal extreem dun maakt, gebeurt er iets buitengewoons, zoals met grafeen. Hetzelfde gebeurt met goud. Zoals je weet is goud meestal een metaal, maar als het slechts één atoomlaag dik is, kan het goud in plaats daarvan een halfgeleider worden." ", zegt Shun Kashiwaya, onderzoeker bij de Materials Design Division van de Universiteit van Linköping.

Om goldene te creëren, gebruikten de onderzoekers een driedimensionaal basismateriaal waarbij goud is ingebed tussen lagen titanium en koolstof. Maar het bedenken van goldene bleek een uitdaging. Volgens Lars Hultman, hoogleraar dunnefilmfysica aan de Universiteit van Linköping, is een deel van de vooruitgang te danken aan serendipiteit.

"We hadden het basismateriaal gemaakt met heel andere toepassingen in gedachten. We zijn begonnen met een elektrisch geleidende keramiek genaamd titaniumsiliciumcarbide, waarbij silicium in dunne lagen zit. Toen was het idee om het materiaal met goud te bedekken om contact te maken. Maar toen we hebben het onderdeel blootgesteld aan hoge temperaturen, de siliciumlaag werd vervangen door goud in het basismateriaal", zegt Lars Hultman.

Voor het eerst zijn wetenschappers erin geslaagd goudplaten te maken die slechts één atoomlaag dik zijn. Credit:Olov Planthaber

Dit fenomeen wordt intercalatie genoemd en wat de onderzoekers hadden ontdekt was titaniumgoudcarbide. De onderzoekers hebben jarenlang titaniumgoudcarbide gebruikt zonder te weten hoe het goud kan worden geëxpandeerd of uitgefilterd, om het zo maar te zeggen.

Bij toeval ontdekte Lars Hultman een methode die al meer dan honderd jaar in de Japanse smeedkunst wordt gebruikt. Het heet Murakami's reagens, dat koolstofresten wegetst en de kleur van staal verandert bij bijvoorbeeld het maken van messen. Maar het was niet mogelijk om exact hetzelfde recept te gebruiken als de smeden. Kashiwaya moest naar aanpassingen kijken.

"Ik heb verschillende concentraties van Murakami's reagens geprobeerd en verschillende tijdsperioden voor het etsen. Eén dag, één week, één maand, meerdere maanden. Wat ons opviel was dat hoe lager de concentratie en hoe langer het etsproces, hoe beter. Maar het was nog steeds zo. 'Het is niet genoeg', zegt hij.

Het etsen moet ook in het donker worden uitgevoerd, omdat cyanide ontstaat tijdens de reactie wanneer het door licht wordt getroffen en het goud oplost. De laatste stap was om de goudplaten stabiel te krijgen. Om te voorkomen dat de blootgestelde tweedimensionale vellen opkrullen, werd een oppervlakteactieve stof toegevoegd. In dit geval een lang molecuul dat de vellen scheidt en stabiliseert, d.w.z. een tenside.

"De gouden vellen zitten in een oplossing, een beetje zoals cornflakes in melk. Met behulp van een soort 'zeef' kunnen we het goud verzamelen en onderzoeken met een elektronenmicroscoop om te bevestigen dat het ons is gelukt. En dat is gelukt", zegt Kashiwaya. .

De nieuwe eigenschappen van goldene zijn te danken aan het feit dat het goud twee vrije bindingen heeft als het tweedimensionaal is. Dankzij dit kunnen toekomstige toepassingen onder meer de omzetting van kooldioxide, waterstofgenererende katalyse, selectieve productie van chemicaliën met toegevoegde waarde, waterstofproductie, waterzuivering, communicatie en nog veel meer omvatten. Bovendien kan de hoeveelheid goud die tegenwoordig in toepassingen wordt gebruikt, aanzienlijk worden verminderd.

De volgende stap voor de LiU-onderzoekers is onderzoeken of het mogelijk is hetzelfde te doen met andere edelmetalen en aanvullende toekomstige toepassingen te identificeren.

Meer informatie: Synthese van goldene bestaande uit goud uit één atoomlaag, Natuursynthese (2024). DOI:10.1038/s44160-024-00518-4

Journaalinformatie: Natuursynthese

Aangeboden door Linköping Universiteit




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wetenschappers onthullen eiwitstructuur die cruciaal is voor genexpressie
  2. Wetenschappers ontwikkelen microben om herinneringen aan hun omgeving te vormen
  3. Individuele genomen van patiënten kunnen de werkzaamheid beïnvloeden, veiligheid van het bewerken van genen
  4. Een plantencelmodel maken met een schoenendoos
  5. Vervangt je lichaam zichzelf echt elke zeven jaar?
  6. Nieuwe tool decodeert complexe genomische gegevens van één cel
  7. Het zijn voornamelijk moeders die mitochondriën doorgeven - en een nieuwe theorie zegt dat dit te wijten is aan het eerste seksuele conflict
  8. Wat is Tastile Stimulation?
  9. In een reservoir in Zuidoost-Brazilië heeft de introductie van een vis afkomstig uit het Amazonegebied de diversiteit van de inheemse soorten verminderd

Wetenschap