ساخت نازک ترین ورق طلای جهان!

استفاده از طلا در ساخت ورق های دو بعدی

اخیرا دانشمندان دانشگاه لیدز، شکل جدیدی از نانو ورق طلا ساخته اند که تنها دو اتم ضخامت دارد. نازک ترین لایه طلایی که تا به حال ساخته شده‌است!

تولید و بهره گیری از مواد دو بعدی چند سالی است که مورد توجه پژوهشگران حوزه فناوری‌های نوین قرار گرفته است. در این راستا اخیرا در ژورنال معتبر “علوم پیشرفته” اعلام شد که نانو ورق طلا با ضخامتی فوق‌العاده نازک، با موفقیت تولید شده است. محققان دانشگاه لیدز ضخامت این ورق طلا را  ۰.۴۷ نانومتر اندازه‌گیری کرده اند که یک میلیون بار نازک‌تر از ناخن انگشت انسان است. این نانو ورق طلا کاملا دو بعدی در نظر گرفته می‌شود. چراکه متشکل از دو لایه اتم است که بر روی یکدیگر نشسته‌اند. تمام اتم‌ها ذرات سطحی هستند و هیچ اتمی در زیر سطح وجود ندارد!

نانو ورق طلا می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در تجهیزات پزشکی و صنایع الکترونیکی داشته باشد. همچنین می تواند به عنوان یک کاتالیزور برای تسریع واکنش‌های شیمیایی در گستره‌ای وسیع از فرآیندهای صنعتی به کار رود.

تست‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهند که در کاربردهای کاتالیزوری، نانو ورق طلا ۱۰ برابر موثرتر از نانو ذرات طلا است که پیش از این مورد استفاده قرار می‌گرفت! چراکه در مواد سه بعدی (بالک) اکثر اتم‌های موجود در حجم درونی ماده قرار دارند و اتم های سطحی آن به مراتب کمتر هستند.

دانشمندان بر این باورند که این نانو ورق طلا می‌تواند اساس آنزیم‌های مصنوعی را تشکیل دهد و می توان آن‌ را در تست‌های تشخیص پزشکی و در سیستم‌های تصفیه آب به کار برد. محقق اصلی این پژوهش، دکتر “سونجی یه” از گروه فیزیک مواد مولکولی موسسه تحقیقات پزشکی دانشگاه لیدز در این باره گفته است:

« این اختراع دستاورد پژوهش های علمی زیادی است و مسیری را فراهم می‌کند که به پژوهشگران مواد اجازه می‌دهد تا از طلا به طور موثرتری در فناوری‌های موجود استفاده کنند. همچنین مسیر ساخت مواد دوبعدی را بسیار هموارتر از قبل می کند.»

تیم تحقیقاتی این پژوهش در حال حاضر به دنبال کاربردی کردن این نوآوری در صنایع است.

فرایند سنتز (ساخت) نانو ورق طلا در محلول آبی رخ می‌دهد و با “کلروآریک اسید” شروع می‌شود. کلروآریک اسید با فرمول شیمایی HAuCl₄ یک ماده معدنی است که  همان طور که از فرمول شیمیایی آن مشخص است، حاوی طلاست. این ماده ی اسیدی در حضور یک عامل کاهش دهنده به شکل فلزی خود درمی­ آید و طلا را به شکل یک ورق بسیار نازک حاوی فقط دو اتم در می­ آورد. به دلیل ابعاد نانوی طلا، این ماده در آب سبز رنگ به نظر می‌رسد. تصاویر گرفته ‌شده با میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهند که چگونه اتم‌های طلا در یک شبکه بسیار سازمان ‌یافته شکل گرفته‌اند.

پروفسور استفان ایوانز، رئیس گروه تحقیقات مولکولی و نانوفناوری دانشگاه لیدز که بر این تحقیق نظارت داشت، گفته است:

« کاربردهای قابل‌توجهی که می توان با استفاده از این ورقه‌های طلای بسیار نازک به عنوان کاتالیزور به دست آورد، به دلیل نسبت سطح به حجم بالای آن است. چون این نانو ورق طلا بسیار نازک است، می توان گفت هر اتم طلا به طور جداگانه در فرایند کاتالیزوری نقش دارد.»

آزمون‌ های استاندارد نشان داده است که ورقه‌های جدید ده برابر کارآمدتر از نانوذرات طلایی هستند که به طور معمول در صنعت استفاده می‌شوند.

پروفسور ایوانز در ادامه خاطر نشان کرده است:

« داده‌های ما حاکی از آن است که صنعت می‌تواند کارکردی مشابه را با استفاده از مقدار کمتری از طلا داشته باشد. وقتی شما در مورد یک فلز با ارزش مانند طلا صحبت می‌کنید، این مزیت اقتصادی بزرگیست.»

نانو ورق طلا بسیار انعطاف‌پذیر است؛ به این معنی که می‌تواند اساس اجزای الکترونیکی برای صفحات خم شونده نمایشگرها باشد.

پروفسور ایوانز معتقد است که از لحاظ کاربرد نانو ورق طلا قطعا قابل مقایسه با نانو ورق های دوبعدی گرافن است که پیش از این در سال ۲۰۰۴ در دانشگاه منچستر ساخته شد‌. او در این باره گفته است:

« تبدیل هر ماده جدید به محصولات کاربردی صنعتی می‌تواند مدت‌زمان زیادی طول بکشد. شما نمی‌توانید سریعا این مواد را مجبور کنید هر کاری که دوست دارید انجام دهند. مثلا با تولید گرافین، مردم فکر کردند که این ماده می‌تواند برای مواد الکترونیکی یا برای پوشش‌های شفاف مفید باشد یا حتی به عنوان نانولوله های کربنی، به دلیل استحکام فوق العاده اش می‌تواند یک آسانسور برای بردن ما به فضا باشد! ما در مورد کاربردهای نانو ورق طلا به خصوص در حیطه واکنش‌های کاتالیزوری و آنزیمی، ایده‌های بسیار دقیقی داریم. ما می‌دانیم که کارکرد نانو ورق طلا موثرتر از فناوری‌های موجود حاضر خواهد بود.»

با افزایش تمایل صنایع و دانشگاه ها به تولید مواد دو بعدی، باید صبر کرد و دید چقدر کارکرد های نانو ورق طلا در میدان عمل شگفت انگیز خواهند بود.

Journal Reference

• Sunjie Ye, Andy P. Brown, Ashley C. Stammers, Neil H. Thomson, Jin Wen, Lucien Roach, Richard J. Bushby, Patricia Louise Coletta, Kevin Critchley, Simon D. Connell, Alexander F. Markham, Rik Brydson, Stephen D. Evans. Sub-Nanometer Thick Gold Nanosheets as Highly Efficient Catalysts. Advanced Science, 2019; 1900911 DOI: 10.1002/advs.201900911