奇怪的新形式的黃金以只有一個原子厚的薄片的形式存在
幾個世紀以來,金匠們一直在尋找方法來壓平黃金變成更精細的形式。一種基于現(xiàn)代化學的方法終于創(chuàng)造了一種由單層原子組成的金材料,這種材料實際上不會變薄。
堅持材料科學的命名慣例,研究人員將這種新的二維材料命名為“金”,它具有一些在三維形式的金中看不到的有趣特性。
“如果你把一種材料做得非常薄,就會發(fā)生一些非凡的事情——就像石墨烯,"材料科學家 Shun Kashiwaya 解釋道瑞典林雪平大學。
“同樣的事情也發(fā)生在黃金身上。如你所知,黃金通常是一種金屬,但如果單原子層厚,黃金可以變成半導體。
黃金很難哄騙成二維結(jié)構(gòu),因為它容易聚集在一起。以前的嘗試導致了薄片,即幾個原子厚或單層夾在中間或在其他材料上,無法分離。
Kashiwaya和他的同事們并沒有打算制造黃金,而是偶然發(fā)現(xiàn)了他們工藝的第一步。
“我們在創(chuàng)建基礎(chǔ)材料時考慮了完全不同的應用,”材料物理學家拉爾斯·霍特曼(Lars Hultman)說林雪平大學。
“我們從一種叫做碳化硅鈦的導電陶瓷開始,其中硅是薄層的。然后的想法是在材料上涂上金以進行接觸。但是當我們將組件暴露在高溫下時,硅層被基材內(nèi)部的金所取代。
目前為止,一切都好。但與其他創(chuàng)造單層黃金的嘗試一樣,進展在這一關(guān)鍵步驟上停滯不前。幾年來,插層該團隊創(chuàng)造的碳化鈦金仍然如此,沒有辦法從夾在它的鈦和碳層之間提取超薄的金層。
這就是一種基于蝕刻溶液的技術(shù)(稱為村上試劑)的用武之地。
村上隆的試劑是金屬加工中使用的化學物質(zhì)的混合物,用于蝕刻碳和染色鋼,從而產(chǎn)生一些日本刀具上看到的各種圖案。
他們嘗試了不同濃度的混合物,以及蝕刻過程的不同時間框架,以侵蝕周圍的鈦和碳。金。他們放置的時間越長,效果就越好——但這并不是食譜所需要的全部。
村上春樹試劑的蝕刻效果產(chǎn)生了一種副產(chǎn)物,稱為亞鐵氰化鉀.如果暴露在光線下,該化合物會釋放氰化物,溶解了黃金,因此蝕刻過程必須完全在黑暗中進行。
最后,薄薄的金片有卷曲和結(jié)塊的趨勢,這可以通過添加表面活性劑來解決,該表面活性劑可以防止層折疊并粘附在自身上,從而保持單層的完整性。進一步的分析表明,正如理論模擬所預測的那樣,這些繁瑣的步驟最終成功地形成了穩(wěn)定的金礦。
通常,黃金是一種優(yōu)秀的導體的電力。當元素呈二維片狀時,原子具有兩個自由鍵,將其轉(zhuǎn)化為在導體和絕緣體之間具有導電特性的半導體。這些很有用,因為它們的電導率可以調(diào)節(jié).
黃金已經(jīng)具有使其在化學應用中備受推崇的特性。賦予它半導體的特性也為我們開辟了一系列全新的使用方式,包括水凈化、通信和化學生產(chǎn)。
該團隊的研究已發(fā)表在自然合成.
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