Przejdź do zawartości

Nanotechnologia: naukowcy z Uniwersytetu w Linköping w Szwecji stworzyli monowarstwę złota

Z Wikinews, wolnego źródła informacji.
sobota, 27 kwietnia 2024

Po wieloletnich próbach udało się stworzyć jednoatomową warstwę złota. Naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu w Linköping, którzy opracowali procedurę wytwarzania tego dwuwymiarowego nanomateriału, nazwali go goldene.

Dwuwymiarowy nanomateriał ze złota nazwany goldene jest pierwszym przypadkiem uzyskania takiej struktury z metalu. Może on posłużyć m.in. do konwersji dwutlenku węgla, produkcji wodoru, pozyskiwania energii słonecznej, oczyszczania wody bądź w leczeniu nowotworów (photothermal therapy). W niektórych zastosowaniach będzie można też używać mniejszej ilości złota niż obecnie. Ponadto przyjmuje się, że monowarstwy złota będą mieć właściwości półprzewodników z pasmem walencyjnym max. 50  milielektronowoltów poniżej poziomu Fermiego.

W odróżnieniu od węgla, z którego stosunkowo łatwo można uzyskać dwuwymiarową postać grafenu, atomy metalu mają tendencję do zlepiania się, przez co trudno było uzyskać warstwę jednoatomową. W przypadku złota występuje tendencja do koalescencji i podczas wcześniejszych prób zauważano, że na przygotowanych siatkach, na których miało być osadzane (lattice-matched substrates), tworzy ono wyspy, zamiast rozprowadzać się równomiernie. Do tej pory udało się jednak wytwarzać stabilne warstwy o grubości dwóch atomów złota.

Carbon, unlike metals, like to form atomic sheets. Thus, graphene can be easily exfoliated from graphite that is composed of a series of stacked parallel layers with weak interlayer bonding. In contrast, metals, including gold, have a tendency to clump together, making it difficult to flatten them out atomically thin. If you make a material extremely thin, something extraordinary happens – as with graphene. The same thing happens with gold. As you know, gold is usually a metal, but if single-atom-layer thick, the gold can become a semiconductor instead

— Shun Kashiwaya, jeden ze współautorów badania

Uzyskanie dwuwymiarowego goldenu było dziełem przypadku. Prowadząc badania zorientowane na inny cel, pokryto ceramikę węglika tytano-krzemowego warstwą złota. W wysokiej temperaturze wystąpiło jednak zjawisko interkalacji. W strukturze Ti3SiC2 atomy złota zastąpiły atomy krzemu znajdujące się pomiędzy warstwami węgla i tytanu, przez co powstał związek Ti3AuC2. Aby uzyskać jednoatomową warstwę złota wytrawiono Ti3C2 z tego związku.

Inni naukowcy przez kilka lat próbowali pozyskać dwuwymiarową warstwę złota z tego związku, ale podejmowane działania nie kończyły się sukcesem. Lars Hultman, jeden z członków zespołu prowadzącego obecne badanie, zwrócił uwagę na metodę stosowaną w japońskiej sztuce kucia, m.in. w produkcji noży. Przy wytrawianiu węglików ze stali wykorzystuje się odczynnik Murakamiego. Dla uzyskania warstwy złota metoda musiała być jednak zmodyfikowana. Okazało się, że niższe stężenie tego odczynnika i dłuższy czas wytrawiania (eksperymentowano z czasami od jednego dnia do kilku miesięcy) dawało lepsze efekty. Warstwy goldene wytwarzane były przy użyciu 0,2 i 0,5% odczynnika Murakamiego przez 168 godzin. Aby zapobiegać zwijaniu się arkusza złota, stabilizowano układ za pomocą środków powierzchniowo czynnych: cysteiny i bromku cetylotrimetyloamoniowego [(C16H33)N(CH3)3]Br.

Zastosowana metoda pozwoliła na uzyskiwanie dwuwymiarowych arkuszy złota o grubości jednego atomu, gdzie długość krawędzi powierzchni wynosiła 200 nanometrów. Badacze deklarują, że pracują nad sposobami powiększenia tej powierzchni. Zakładają też prowadzenie badań dotyczących możliwości tworzenia jednoatomowych warstw innych metali szlachetnych.

Wyniki badań opublikowano 16 kwietnia 2024 w Nature Synthesis.

Źródła[edytuj | edytuj kod]