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世界最薄黃金:比人的指甲還薄一百萬倍!僅兩個原子厚度,柔性杠杠的

金箔,在古代被認為是黃金最薄的形式,是以含金量為99.99%的金條為主要原料,經過工藝加工後,製作而成的色澤金黃、光亮柔軟、輕如鴻毛、薄如蟬翼、厚度不足0.12微米的薄片。清東陵慈禧的墓志銘就是用金箔拼貼的。

明代宋應星《天工開物》中就有所記載:「凡金箔每金七厘造方寸金一千片,粘鋪物面,可蓋縱橫三尺。」

但到了現代,工藝早已有了質的飛躍,金箔已經不能算是最薄的金屬了。最薄的金屬要以納米來計量。

英國利茲大學的科學家最近就創造了一種新形式的黃金,它只有兩個原子厚度。該超薄金的厚度為0.47納米(1厘米=107納米),比人的指甲薄一百萬倍。

這是什麼概念呢?我們知道金箔再薄,肉眼還是可見的,但這種黃金只有藉助顯微鏡才能觀察的到。我們的1根頭髮絲的厚度大約是1/5毫米,而1納米相當於頭髮絲的1/20000倍那麼細,更別說是0.47納米。

此外,該材料只包含兩層彼此疊加的原子,所以被認為是2D黃金

2D(二維)材料,是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度(1-100nm)上自由運動(平面運動)的材料,如納米薄膜、超晶格、量子阱。它們因獨特的2D結構而具有奇特的特性與功能。目前, 2D光電材料主要包括石墨烯(GN)、黑磷(BP)等。

2004年,Geim 和 Novoselov等採用膠帶法剝離得到了石墨烯,並研究了它的相關物理性能,石墨烯成為目前已知的室溫下導電性能最好的光電材料。石墨烯的誕生引發了世界範圍對2D材料的研究熱潮,Geim 和 Novoselov並因此而獲得了2010年的諾貝爾物理學獎

來自利茲大學的科學家從含有金的無機物質氯金酸開始,在水溶液中合成超薄金。限制劑促使金子形成只有兩個原子厚的片狀結構。

(圖片來源:《Sub-Nanometer Thick Gold Nanosheets as Highly Efficient Catalysts》論文)

由於超薄金的納米級尺寸,它在水中看起來是綠色的,再考慮形狀,研究人員將其描述為金納米「水藻」。

由於超薄金的兩層原子結構,幾乎所有金原子都在催化中發揮作用。所以催化效率是目前材料的10倍,這將帶來極大的經濟優勢。

科學家認為這種新材料可以形成人工酶的基礎,用於快速、即時的醫學診斷和合成水凈化系統。

超薄金的材質是柔性的,這意味著可以應用在曲面屏,電子墨水和透明導電顯示器上。雖然現在柔宇、三星和華為都先後推出了可摺疊屏手機,但量產依然是個不小的問題,這與材料的使用不無關係。這種超薄金或許能有助於打破這一僵局。

研究人員還表示超薄金的發現將鼓勵其他材料科學家開發不同的二維金屬。這可以創新納米材料的製造。目前研究團隊正在尋求行業合作。

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