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科学家利用具有百年历史的日本制刀技术制造出原子薄的黄金

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石墨烯被誉为一种神奇材料,但它也引发了寻找其他有前途材料的热潮 原子薄材料。现在,研究人员已经成功地创造出了一种二维版本的黄金,他们称之为“goldene”,它可以在化学领域有许多应用。

数十年来,科学家们一直在猜测是否有可能制造出只有单个原子厚度的碳层。但直到 2004 年,英国曼彻斯特大学的一个团队才首次使用非常简单的技术生产石墨烯片,即用普通胶带将石墨烯片从一块石墨上剥离下来。

由此产生的材料的高强度、高导电性和不寻常的光学特性引发了人们对其应用的热潮。但这也促使研究人员研究其他超薄材料可能具有哪些奇异功能。

黄金是科学家长期以来渴望制造得像石墨烯一样薄的一种材料,但到目前为止,努力一直是徒劳的。不过现在,瑞典林雪平大学的研究人员借鉴了一种古老的日本锻造技术,制造出了他们所谓的“金”的超薄薄片。

“如果你把一种材料做得非常薄,就会发生一些不寻常的事情,”领导这项研究的 Shun Kashiwaya 在 新闻稿。 “黄金也会发生同样的情况。”

过去事实证明,制造金色是很困难的,因为它的原子往往会聚集在一起。因此,即使您可以创建二维金原子片,它们也会快速卷起以创建纳米颗粒。

研究人员通过采用一种名为碳化钛硅的陶瓷来解决这个问题,这种陶瓷的特点是在碳化钛层之间有超薄的硅层,并在其上涂上金。然后他们在熔炉中加热,使金扩散到材料中,并在称为嵌入的过程中取代硅层。

这就产生了嵌入陶瓷中的原子薄金层。为了把它弄出来,他们不得不借用日本刀具制造商开发的一种具有百年历史的技术。他们使用一种称为村上试剂的化学配方,可以蚀刻掉碳残留物,慢慢地露出金片。

研究人员必须尝试不同浓度的试剂和不同的蚀刻时间。他们还必须添加一种类似清洁剂的化学物质,称为表面活性剂,以保护金片免受蚀刻液的影响并防止它们卷曲。然后可以从溶液中筛出金片,以便进行更仔细的检查。

在一个 进纸 自然综合,研究人员描述了他们如何使用电子显微镜来确认金层确实只有一个原子厚。他们还表明,金色薄片是半导体。

这不是第一次有人声称创造了goldene, 笔记 自然。但之前的尝试涉及创建夹在其他材料之间的超薄板材,林雪平团队表示,他们的努力是第一个创建“独立式二维金属”的尝试。

研究人员表示,这种材料可能有一系列的用途。他们在论文中指出,金纳米颗粒已经显示出作为催化剂的前景,可以将塑料废物和生物质转化为有价值的材料,并且它们具有可用于能量收集的特性,创造 光子器件,甚至分解水来创造 氢燃料.

需要努力调整合成方法,以便能够生产出商业上有用的材料量,这一挑战也推迟了石墨烯作为广泛使用产品的全面到来。但该团队还在研究类似的方法是否可以应用于其他有用的催化金属。石墨烯可能不会长期成为唯一的神奇材料。

图片来源: 自然综合 (CC BY 4.0的)

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