奇怪的新形式的黄金,以只有一个原子厚度的薄片的形式存在

几个世纪以来,金匠们一直在寻找将黄金压扁成更精细形状的方法。一种基于现代化学的方法最终创造了一种由单层原子组成的金材料,这种材料实际上不能再变薄了。
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根据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“金烯(goldene)”,它具有一些三维形式的黄金所没有的有趣特性。
瑞典Linköping大学的材料科学家Shun Kashiwaya解释说:“如果你把一种材料做得非常薄,就会发生一些非凡的事情 —— 就像石墨烯一样。黄金也是如此。你知道,金通常是一种金属,但如果单原子层厚,金可以变成半导体。”
由于黄金倾向于聚集在一起,将其诱入二维结构是相当具有挑战性的。之前的尝试要么是几个原子厚的薄片,要么是夹在另一种材料之间或上面的单层材料,而且无法分离。
Kashiwaya和他的同事们并没有开始制造金烯,但他们偶然发现了他们过程的第一步。
Linköping大学的材料物理学家Lars Hultman说:“我们创造了完全不同用途的基础材料。”
“我们从一种叫做钛碳化硅的导电陶瓷开始,硅是薄层的。然后,我们的想法是在材料上涂上一层金,以形成接触。但当我们将组件暴露在高温下时,基材内部的硅层被金层取代。”
到目前为止一切顺利。但与其他制造单层黄金的尝试一样,在这一关键步骤上,进展停滞不前。几年来,该团队创造的夹层钛金碳化物一直保持不变,无法从夹在其中的钛和碳层之间提取超薄的金层。
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这就是一种基于名为“村上试剂”的蚀刻液的技术的用武之地。
村上试剂是金属加工中用于蚀刻碳和染色钢的化学物质的混合物,从而产生一些日本刀具上的图案。
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,以侵蚀金周围的钛和碳。放置的时间越长,效果越好 —— 但这并不是配方所要求的全部。
村上试剂的蚀刻效应产生了一种叫做亚铁氰化钾的副产品。如果暴露在光线下,这种化合物会释放出氰化物,溶解黄金,所以蚀刻过程必须完全在黑暗中进行。
最后,金薄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金层折叠并粘附在自己身上,从而保持单层的完整性。进一步的分析表明,正如理论模拟预测的那样,这些精细的步骤最终成功地形成了稳定的金烯。
通常,金是优良的导电体。当元素以二维薄片的形式出现时,原子之间有两个自由键,将其转化为导体和绝缘体之间具有导电特性的半导体。它们很有用,因为它们的导电性可以调节。
黄金已经具备了在化学应用中具有很高价值的特性。赋予它半导体的特性也为我们提供了一系列全新的使用方式,包括水净化、通信和化学生产。
该团队的研究发表在《自然合成》杂志上。
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