奇怪的新形式的黄金以只有一个原子厚的薄片的形式存在
几个世纪以来,金匠们一直在寻找方法来压平黄金变成更精细的形式。一种基于现代化学的方法终于创造了一种由单层原子组成的金材料,这种材料实际上不会变薄。
坚持材料科学的命名惯例,研究人员将这种新的二维材料命名为“金”,它具有一些在三维形式的金中看不到的有趣特性。
“如果你把一种材料做得非常薄,就会发生一些非凡的事情——就像石墨烯,"材料科学家 Shun Kashiwaya 解释道瑞典林雪平大学。
“同样的事情也发生在黄金身上。如你所知,黄金通常是一种金属,但如果单原子层厚,黄金可以变成半导体。
黄金很难哄骗成二维结构,因为它容易聚集在一起。以前的尝试导致了薄片,即几个原子厚或单层夹在中间或在其他材料上,无法分离。
Kashiwaya和他的同事们并没有打算制造黄金,而是偶然发现了他们工艺的第一步。
“我们在创建基础材料时考虑了完全不同的应用,”材料物理学家拉尔斯·霍特曼(Lars Hultman)说林雪平大学。
“我们从一种叫做碳化硅钛的导电陶瓷开始,其中硅是薄层的。然后的想法是在材料上涂上金以进行接触。但是当我们将组件暴露在高温下时,硅层被基材内部的金所取代。
目前为止,一切都好。但与其他创造单层黄金的尝试一样,进展在这一关键步骤上停滞不前。几年来,插层该团队创造的碳化钛金仍然如此,没有办法从夹在它的钛和碳层之间提取超薄的金层。
这就是一种基于蚀刻溶液的技术(称为村上试剂)的用武之地。
村上隆的试剂是金属加工中使用的化学物质的混合物,用于蚀刻碳和染色钢,从而产生一些日本刀具上看到的各种图案。
他们尝试了不同浓度的混合物,以及蚀刻过程的不同时间框架,以侵蚀周围的钛和碳。金。他们放置的时间越长,效果就越好——但这并不是食谱所需要的全部。
村上春树试剂的蚀刻效果产生了一种副产物,称为亚铁氰化钾.如果暴露在光线下,该化合物会释放氰化物,溶解了黄金,因此蚀刻过程必须完全在黑暗中进行。
最后,薄薄的金片有卷曲和结块的趋势,这可以通过添加表面活性剂来解决,该表面活性剂可以防止层折叠并粘附在自身上,从而保持单层的完整性。进一步的分析表明,正如理论模拟所预测的那样,这些繁琐的步骤最终成功地形成了稳定的金矿。
通常,黄金是一种优秀的导体的电力。当元素呈二维片状时,原子具有两个自由键,将其转化为在导体和绝缘体之间具有导电特性的半导体。这些很有用,因为它们的电导率可以调节.
黄金已经具有使其在化学应用中备受推崇的特性。赋予它半导体的特性也为我们开辟了一系列全新的使用方式,包括水净化、通信和化学生产。
该团队的研究已发表在自然合成.