16 آوریل 2024 -توسط دانشگاه لینکوپینگ-لارس هالتمن، استاد فیزیک لایه نازک و شون کاشیوایا، محقق بخش طراحی مواد در دانشگاه لینشوپینگ. اعتبار: Olov Planthaber
برای اولین بار، دانشمندان موفق به ایجاد ورقه های طلا با ضخامت تنها یک لایه اتمی شدند. این ماده طلایی نامیده شده است. به گفته محققان دانشگاه لینشوپینگ سوئد، این به طلا خواص جدیدی داده است که می تواند آن را برای استفاده در کاربردهایی مانند تبدیل دی اکسید کربن، تولید هیدروژن و تولید مواد شیمیایی با ارزش افزوده مناسب کند. یافته های آنها در مجله Nature Synthesis منتشر شده است.
دانشمندان مدت‌ها تلاش کرده‌اند که ورقه‌های طلا با ضخامت یک اتم بسازند، اما به دلیل تمایل این فلز به توده شدن به یکدیگر، موفق نشدند. اما اکنون محققان دانشگاه لینکوپینگ به لطف روش صد ساله ای که توسط آهنگران ژاپنی استفاده می شود، موفق شده اند.
Shun Kashiwaya، محقق بخش طراحی مواد در دانشگاه Linkoping می گوید:
“اگر ماده ای را بسیار نازک بسازید، اتفاق خارق العاده ای رخ می دهد – مانند گرافن. همین اتفاق در مورد طلا رخ می دهد. همانطور که می دانید، طلا معمولا یک فلز است، اما اگر ضخامت یک لایه تک اتمی باشد، طلا می تواند به جای آن به نیمه هادی تبدیل شود .
برای ایجاد این طلای طلایی، محققان از یک ماده پایه سه بعدی استفاده کردند که در آن طلا بین لایه‌های تیتانیوم و کربن جاسازی شده است. اما اثبات طلایی بودن یک چالش بود. به گفته لارس هالتمن، استاد فیزیک لایه نازک در دانشگاه لینشوپینگ، بخشی از این پیشرفت به دلیل سرندیپی است.
لارس هالتمن می گوید : ما ماده پایه را با کاربردهای کاملاً متفاوتی در ذهن ایجاد کرده بودیم. ما با یک سرامیک رسانای الکتریکی به نام کاربید سیلیکون تیتانیوم شروع کردیم، جایی که سیلیکون در لایه‌های نازکی قرار دارد. سپس ایده این بود که مواد را با طلا بپوشانیم تا تماس برقرار شود. اما وقتی ما جزء را در معرض دمای بالا قرار دادیم، لایه سیلیکونی با طلا در داخل ماده پایه جایگزین شد.»
این پدیده درون یابی نامیده می شود و آنچه محققان کشف کرده بودند کاربید طلای تیتانیوم بود. برای چندین سال، محققان کاربید طلای تیتانیوم داشتند بدون اینکه بدانند چگونه می توان طلا را لایه برداری کرد یا به اصطلاح بیرون آورد.
به طور تصادفی، لارس هالتمن روشی را پیدا کرد که بیش از صد سال است در هنر آهنگری ژاپنی استفاده می شود. این معرف موراکامی نامیده می شود که برای مثال در ساخت چاقو، باقی مانده کربن را از بین می برد و رنگ فولاد را تغییر می دهد. اما استفاده از همان دستور آهنگرها ممکن نبود. کاشیوا باید به اصلاحات نگاه می کرد.
من غلظت‌های مختلف معرف موراکامی و بازه‌های زمانی مختلف را برای اچ کردن امتحان کردم. یک روز، یک هفته، یک ماه، چند ماه. چیزی که متوجه شدیم این بود که هر چه غلظت کمتر و فرآیند اچ طولانی‌تر باشد، بهتر است. اما باز هم نشد. کافی نیست،
او می گوید.: حکاکی نیز باید در تاریکی انجام شود زیرا سیانید در واکنش با برخورد نور ایجاد می شود و طلا را حل می کند. آخرین گام این بود که ورق های طلا را ثابت کنیم. برای جلوگیری از پیچ خوردن ورقه های دو بعدی در معرض، یک سورفکتانت اضافه شد. در این حالت، یک مولکول طولانی که ورقه ها را جدا می کند و تثبیت می کند، یعنی یک کشش.
کاشیوایا می‌گوید: “ورقه‌های طلایی در محلولی هستند، کمی شبیه دانه‌های ذرت در شیر. با استفاده از یک نوع “الک” می‌توانیم طلا را جمع‌آوری کرده و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بررسی کنیم تا تأیید کنیم که موفق بوده‌ایم .
خواص جدید طلایی به این دلیل است که طلا در حالت دو بعدی دارای دو پیوند آزاد است. به لطف این، کاربردهای آینده می تواند شامل تبدیل دی اکسید کربن، کاتالیز تولید هیدروژن، تولید انتخابی مواد شیمیایی با ارزش افزوده، تولید هیدروژن، تصفیه آب، ارتباطات و موارد دیگر باشد. علاوه بر این، مقدار طلای مورد استفاده در کاربردهای امروزی را می توان بسیار کاهش داد.
گام بعدی برای محققان LiU این است که بررسی کنند که آیا می توان همین کار را با سایر فلزات نجیب انجام داد و کاربردهای بعدی را شناسایی کرد.
