Впервые удалось создать листы золота толщиной в один атом
Наночастицы золота интересуют ученых и промышленность как перспективный элемент при создании электроники, биомедицинских изделий и технологий, компонент в химической промышленности. При этом несколько лет назад обнаружилось, что некоторые вещества, если сформировать из них слой толщиной в один атом, получают доселе недоступные свойства.
Достичь такого эффекта для золота уже пытались, но его чистицы слишком легко прилипают друг к другу. Все получилось только после применение усовершенствованного в лаборатории метода японский кузнецов. О новой технологии сообщает Линчёпингский 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 посредством мокрого химического травления. Разработанный нами способ синтеза основан на простом, масштабируемом методе», — пишут в своей статье в журнале Nature Synthesis авторы открытия.
В университете поясняют, что работу ученые начинали с «сэндвича» с золотой прослойкой. Профессор физики тонких пленок Ларс Хультман участвовал в создании электропроводящей керамики, называемой титан-карбид кремния.
Пластинки из этого материала предложили покрыть тончайшим слоем золота, так как уже было известно, что оно, будучи нанесенным одноатомным слоем на подложку, из металла-электропроводника превращается в полупроводник, свойства которого можно «настраивать».
Но, когда получившийся трехслойный материал нагрели, золото «протекло» через кремний и оказалось не снаружи, а в середине. С одной стороны, исследователи сделали 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 к ученым Линчёпингского университета попала информация о реагенте Мураками, который используется в японском кузнечном деле уже более 100 лет. Мастера вытравливают с его помощью остатки углерода и меняют цвет стали, например, при производстве ножей.
Использовать рецепт в точности не получилось (хотя ученые попытались), но ассистент преподавателя с кафедры дизайна материалов Шун Кашавая после серии проб смог нащупать свой путь.
«Я пробовал разные концентрации реагента Мураками и разные сроки травления: день, неделя, месяц, несколько месяцев… Мы заметили, что чем ниже концентрация и чем дольше время травления, тем лучше», — рассказывает Кашавая.
Следующим шагом стало открытие того, что травление успешно проходит только в темноте, так как при попадании света образуется цианид, который растворяет золото. И на последнем этапе ученые смогли найти способ стабилизировать золотые листы, чтобы они не скручивались. Эту проблему решил подбор правильного поверхностно-активного вещества.
Сейчас, получив и достаточно изучив новый сверхтонкий материал, ученые имеют новые данные о его свойствах. Стало понятно, что из-за меньшего, чем обычно, числа 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, за счет нового метода, возможно, удастся снизить необходимый объем золота для уже используемых на производстве технологий и удешевить процесс.
В дальнейшем специалисты Линчёпингского университета планируют изучить, возможно ли использовать ту же методику для получения таких же тонких материалов из других драгоценных металлов.
