Цей експеримент відкриває нові властивості металу і збільшує можливості його застосування.
Наночастинки золота цікавлять вчених і промисловість як перспективний елемент при створенні електроніки, біомедичних виробів і технологій, компонент у хімічній промисловості. При цьому кілька років тому виявилося, що деякі речовини, якщо сформувати з них шар товщиною в один атом, отримують досі недоступні властивості.
Досягти такого ефекту для золота вже намагалися, але його частинки занадто легко прилипають одна до одної. Все вийшло тільки після застосування вдосконаленого в лабораторії методу японських ковалів. Про нову технологію повідомляє Лінчепінгський університет (Швеція).
«Синтез моношарового золота досі обмежувався шарами завтовшки в кілька атомів або моношарами, розміщеними на підкладках [з інших матеріалів] або всередині них. Тут ми повідомляємо про відлущування золота товщиною в один атом, досягнуте за допомогою мокрого хімічного травлення. Розроблений нами спосіб синтезу заснований на простому, масштабованому методі», – пишуть у своїй статті в журналі Nature Synthesis автори відкриття.
В університеті пояснюють, що роботу вчені починали з «сендвіча» із золотим прошарком. Професор фізики тонких плівок Ларс Хультман брав участь у створенні електропровідної кераміки, званої титан-карбід кремнію.
Пластинки з цього матеріалу запропонували покрити найтоншим шаром золота, оскільки вже було відомо, що воно, бувши нанесеним одноатомним шаром на підкладку, з металу-електропровідника перетворюється на напівпровідник, властивості якого можна «налаштовувати».
Але, коли отриманий тришаровий матеріал нагріли, золото «протекло» через кремній і опинилося не зовні, а в середині. З одного боку, дослідники зробили відкриття, виявивши карбід титану-золота. З іншого – протягом кількох років не уявляли, що робити далі, щоб «очистити лушпиння» й отримати одноатомний шар дорогоцінного металу.
Ситуація змінилася, коли до вчених Лінчепінгського університету потрапила інформація про реагент Муракамі, який використовується в японській ковальській справі вже понад 100 років. Майстри витравлюють за його допомогою залишки вуглецю і змінюють колір сталі, наприклад, під час виробництва ножів.
Використати рецепт точно не вийшло (хоча вчені спробували), але асистент викладача з кафедри дизайну матеріалів Шун Кашавая після серії спроб зміг намацати свій шлях.
«Я пробував різні концентрації реагенту Муракамі й різні терміни травлення: день, тиждень, місяць, кілька місяців… Ми помітили, що чим нижча концентрація і чим довший час травлення, тим краще», – розповідає Кашавая.
Наступним кроком стало відкриття того, що травлення успішно проходить тільки в темряві, оскільки при потраплянні світла утворюється ціанід, який розчиняє золото. І на останньому етапі вчені змогли знайти спосіб стабілізувати золоті листи, щоб вони не скручувалися. Цю проблему вирішив підбір правильної поверхнево-активної речовини.
Наразі, отримавши та достатньо вивчивши новий надтонкий матеріал, науковці мають нові дані про його властивості. Стало зрозуміло, що через меншу, ніж зазвичай, кількість з’єднань, вивільняються два зв’язки у кожної частинки – а отже, потенційно таке золото можна по-новому використовувати для перероблювання вуглекислого газу, отримання водню, створення нових хімікатів, для очищення води й багатьох інших цілей. Крім того, новим методом, можливо, вдасться знизити необхідний обсяг золота для вже використовуваних на виробництві технологій і здешевити процес.
Надалі фахівці Лінчепінгського університету планують вивчити, чи можливо використовувати ту саму методику для отримання таких самих тонких матеріалів з інших дорогоцінних металів.