Các nhà khoa học từ lâu đã cố gắng tạo ra những tấm vàng dày bằng một nguyên tử nhưng thất bại vì kim loại này có xu hướng kết dính lại với nhau. Nhưng các nhà nghiên cứu từ Đại học Linköping hiện đã thành công nhờ một phương pháp hàng trăm năm tuổi được các thợ rèn Nhật Bản sử dụng.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Linköping, Thụy Điển đã tạo ra vàng với độ mỏng 1 phân tử.

Theo các nhà nghiên cứu từ Đại học Linköping (LIU, Thụy Điển), điều này đã mang lại cho vàng những đặc tính mới có thể khiến nó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng như chuyển đổi carbon dioxide, sản xuất hydro và sản xuất các hóa chất có giá trị gia tăng.

Để tạo ra Goldene, các nhà nghiên cứu đã sử dụng vật liệu cơ bản ba chiều trong đó vàng được nhúng giữa các lớp titan và carbon. Nhưng đến với Goldene quả là một thử thách.

Sự tiến bộ ...tình cờ

Lars Hultman, giáo sư vật lý màng mỏng tại Đại học Linköping (Thụy Điển) nói rằng khám phá của mình: "Là một phần của sự tiến bộ là nhờ sự tình cờ".

“Chúng tôi đã tạo ra vật liệu cơ bản với những ứng dụng hoàn toàn khác nhau. Chúng tôi bắt đầu với một loại gốm dẫn điện gọi là cacbua silic titan, trong đó silicon ở dạng lớp mỏng. Sau đó, ý tưởng là phủ vàng lên vật liệu để tạo điểm tiếp xúc. Nhưng khi chúng tôi cho bộ phận này tiếp xúc với nhiệt độ cao, lớp silicon được thay thế bằng vàng bên trong vật liệu cơ bản,” Lars Hultman cho biết.

Lớp vàng dày 1 nguyên tử tạo ra được kẹp giữa lớp titan và carbon để cố định.

Hiện tượng này được gọi là sự xen kẽ và thứ mà các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra là cacbua vàng titan. Có thể nói, trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã có được cacbua vàng titan mà không biết làm thế nào vàng có thể được tách ra hoặc tách ra.

Tình cờ, Lars Hultman đã tìm ra một phương pháp đã được sử dụng trong nghệ thuật rèn của Nhật Bản trong hơn một trăm năm. Ví dụ, nó được gọi là thuốc thử của Murakami, có tác dụng ăn mòn cặn cacbon và làm thay đổi màu của thép trong quá trình chế tạo dao. Nhưng không thể sử dụng công thức giống hệt như những người thợ rèn đã làm. Shun Kashiwaya đã phải xem xét các sửa đổi.

Lars Hultman tình cờ đọc được phương pháp đã được sử dụng trong nghệ thuật rèn của Nhật Bản.

Họ thử các nồng độ khác nhau của thuốc thử Murakami và các khoảng thời gian khác nhau. Một ngày, một tuần, một tháng, vài tháng. Sau cùng họ nhận ra là nồng độ càng thấp và quá trình ăn mòn càng lâu thì càng tốt.

Việc khắc cũng phải được thực hiện trong bóng tối vì xyanua phát triển trong phản ứng khi nó bị ánh sáng chiếu vào và làm tan vàng. Bước cuối cùng là ổn định các tấm vàng. Để ngăn các tấm hai chiều lộ ra bị cong lại, người ta đã thêm chất hoạt động bề mặt vào.

Trong trường hợp này, một phân tử dài có chức năng phân tách và ổn định các tấm, tức là một lớp căng. Các tấm vàng ở dạng dung dịch, hơi giống bánh bột ngô trong sữa và các nhà nghiên cứu sử dụng một loại “sàng”, để thu thập vàng và kiểm tra nó bằng kính hiển vi điện tử để xác nhận.

Nhiều ứng dụng tiềm năng

Một vật liệu mới được tạo ra thường kèm theo những điều phi thường, Graphen là một ví dụ, bây giờ là Goldene.

Các đặc tính mới của Goldene là do vàng có hai liên kết tự do khi ở dạng hai chiều. Nhờ đó, các ứng dụng trong tương lai có thể bao gồm chuyển đổi carbon dioxide, xúc tác tạo ra hydro, sản xuất có chọn lọc các hóa chất có giá trị gia tăng, sản xuất hydro, lọc nước, truyền thông, v.v.

Hơn nữa, lượng vàng được sử dụng trong các ứng dụng ngày nay có thể giảm đi nhiều. Bước tiếp theo của các nhà nghiên cứu tại LIU là điều tra xem liệu có thể làm điều tương tự với các kim loại quý khác hay không và xác định các ứng dụng bổ sung trong tương lai.

"Nếu bạn tạo ra một vật liệu cực mỏng, điều gì đó phi thường sẽ xảy ra - như với graphene. Điều tương tự cũng xảy ra với vàng. Như bạn đã biết, vàng thường là kim loại, nhưng nếu dày một lớp nguyên tử, vàng có thể trở thành chất bán dẫn." Shun Kashiwaya, nhà nghiên cứu tại Phòng Thiết kế Vật liệu tại Đại học Linköping, cho biết.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu Thụy Điển, Khu vực nghiên cứu chiến lược về khoa học vật liệu (AFM) của Chính phủ Thụy Điển tại Đại học Linköping, Quỹ Knut và Alice Wallenberg, Quỹ Åforsk, Quỹ Olle Enqvist, Quỹ Carl Trygger, Göran Gustafsson Tổ chức, MIRAI 2.0, Cơ sở hạ tầng máy tính quốc gia Thụy Điển (SNIC) và Cơ sở hạ tầng học thuật quốc gia về siêu máy tính ở Thụy Điển (NAISS).