Этот эксперимент открывает новые свойства металла и повышает возможности его применения.
Наночастицы золота интересуют ученых и промышленность как перспективный элемент при создании электроники, биомедицинских изделий и технологий, компонентов в химической промышленности. При этом несколько лет назад оказалось, что некоторые вещества, если сформировать из них слой толщиной в один атом, получают до сих пор недоступные свойства.
Достичь такого эффекта для золота уже пытались, но его частицы слишком легко прилипают друг к другу. Все получилось только после применения усовершенствованного в лаборатории метода японских кузнецов. О новой технологии сообщает Линчепингский университет (Швеция).
«Синтез монослойного золота до сих пор ограничивался слоями толщиной в несколько атомов или монослоями, размещенными на подложках [из других материалов] или внутри них. Здесь мы сообщаем об отшелушивании золота толщиной в один атом, достигнутом с помощью мокрого химического пищеварения. Разработанный нами способ синтеза основан на простом, масштабируемом методе», – пишут в своей статье в журнале Nature Synthesis авторы открытия.
В университете объясняют, что работу ученые начинали с «сэндвича» с золотой прослойкой. Профессор физики тонких пленок Ларс Хультман принимал участие в создании электропроводящей керамики, называемой титан-карбид кремния.
Пластинки из этого материала предложили покрыть тончайшим слоем золота, поскольку уже было известно, что оно, будучи нанесенным одноатомным слоем на подложку, из металла-электропроводника превращается в полупроводник, свойства которого можно «настраивать».
Но когда полученный трехслойный материал нагрели, золото «протекло» через кремний и оказалось не снаружи, а внутри. С одной стороны, исследователи совершили открытие, обнаружив карбид титана-золота. С другой – в течение нескольких лет не представляли, что делать дальше, чтобы «очистить шелуху» и получить одноатомный слой драгоценного металла.
Ситуация изменилась, когда в ученые Линчепингского университета попала информация о реагенте Мураками, который используется в японском кузнечном деле уже более 100 лет. Мастера вытравливают с его помощью остатки углерода и изменяют цвет стали, например, при производстве ножей.
Использовать рецепт точно не получилось (хотя учёные попробовали), но ассистент преподавателя с кафедры дизайна материалов Шун Кашавая после серии попыток смог нащупать свой путь.
«Я пробовал разные концентрации реагента Мураками и разные сроки пищеварения: день, неделю, месяц, несколько месяцев… Мы заметили, что чем ниже концентрация и чем больше время пищеварения, тем лучше», – рассказывает Кашавая.
Следующим шагом стало открытие того, что пищеварение успешно проходит только в темноте, поскольку при попадании света образуется цианид, растворяющий золото. И на последнем этапе ученые смогли найти способ стабилизировать золотые листы, чтобы они не скручивались. Эту проблему решил подбор правильного поверхностно-активного вещества.
Получив и достаточно изучив новый сверхтонкий материал, ученые имеют новые данные о его свойствах. Стало понятно, что из-за меньшего, чем обычно, количества соединений высвобождаются две связи у каждой частицы – а значит, потенциально такое золото можно по-новому использовать для переработки углекислого газа, получения водорода, создания новых химикатов, для очистки воды. и многих других целей. Кроме того, новым методом возможно удастся снизить необходимый объем золота для уже используемых на производстве технологий и удешевить процесс.
В дальнейшем специалисты Линчепингского университета планируют изучить, возможно ли использовать ту же методику для получения таких же тонких материалов из других драгоценных металлов.
