Forskare ger guld helt nya egenskaper

RedaktionenForskare har länge försökt göra ark av guld som är ett atomlager tjockt men misslyckats på grund av metallens vilja att klumpa ihop sig. Men nu har forskare från Linköpings universitet lyckats tack vare ett hundraårigt recept använt av japanska smeder. Materialet har fått namnet guldén.

– I vanliga fall är guld som bekant en metall, men blir den ett atomlager tjock kan guldet bli en halvledare i stället, säger Shun Kashiwaya, forskare vid avdelningen för materialdesign vid Linköpings universitet.

För koldioxidomvandling

De nya egenskaperna hos guldén beror på att guldet får två fria bindningar när det ligger i två dimensioner. Tack vare det kan framtida tillämpningar innefatta koldixidomvandling, framställning av värdefulla kemikalier, katalys för att producera vätgas, vattenrening, kommunikation och mycket mer. Dessutom kan mängden guld som används i tillämpningar idag minskas rejält.

Linköpingsforskarna utgick från ett tredimensionellt grundmaterial där guldet ligger inbäddat mellan lager av titan och kol. Men vägen till guldén har inte varit spikrak. Enlig Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik vid Linköpings universitet, beror en del av framsteget på ett lyckokast.

Japansk knivkonst

Som av en händelse hittade Lars Hultman en metod som använts inom japansk smideskonst i över hundra år. Det kallas Murakamis reagent som etsar bort kolrester och ändrar färgen på stål vid till exempel knivtillverkning. Men det gick inte att använda exakt samma recept som de smederna gjorde. Shun Kashawaya fick testa sig fram:

– Jag prövade olika koncentrationer av Murakamireagensen och olika tidsspann för etsningen. En dag, en vecka, en månad, flera månader. Det vi märkte var att ju lägre koncentrationen var och ju längre tid etsningen pågick desto bättre. Men det räckte ändå inte, säger han.

Kräver mörker

Etsningen måste också utföras i mörker då cyanid utvecklas i reaktionen när den träffas av ljus och det löser upp guldet. Sista steget var alltså att få guldarken stabila. För att de frilagda tvådimensionella arken inte ska krulla ihop sig tillsattes ett ytaktivt ämne. I detta fall en lång molekyl som separerar och stabiliserar arken, en så kallad tensid.

– Arken med guldén finns i en lösning, lite som cornflakes i mjölk. Med hjälp av en typ av ”håv” kan vi samla upp guldet och undersöka i elektronmikroskop för att bekräfta att vi lyckats. Vilket vi har, säger Shun Kashawaya.

Resultaten är publicerade i tidskriften Nature Synthesis. Nästa steg för LiU-forskarna är att undersöka om det går att göra likadant med andra ädelmetaller och identifiera fler framtida tillämpningar.