Как пластик: создано ультралёгкое золото ювелирной чистоты
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials группой во главе с Раффаэле Мецценгой (Raffaele Mezzenga) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Золотые украшения издревле дороги и престижны. Но этот престиж - в буквальном смысле тяжкая ноша. Плотность чистого золота превышает 19 граммов на кубический сантиметр. То есть золотой шарик диаметром всего 4,6 сантиметра весит целый килограмм (!). Поэтому ювелиры обычно используют сплав золота с более лёгкой медью.
Одно из классических решений - это золото 750-й пробы, оно же 18-каратное золото. В нём 75% драгоценного металла (отсюда и цифра 750), а всё остальное - медь. Такой состав имеет плотность в 15 граммов на кубический сантиметр. При этом украшения и аксессуары всё ещё остаются довольно тяжёлыми.
Чтобы облегчить их ещё сильнее, нужно уменьшить содержание золота в сплаве. Но чем больше доля меди, тем меньше оснований считать изделие золотым. Вряд ли состоятельная дама обрадуется фразе в светской хронике: "Благодаря изысканным медным украшениям она сияла, как новенький трансформатор".
Компромисс между весом и чистотой металла приходится искать не только в ювелирном деле, но и в электронике, и в химии, где золото используется как мощный катализатор.
Команда Мецценги подошла к вопросу с другой стороны. Что, если не уменьшать содержание драгоценного вещества, а заменить довольно тяжёлую медь на что-нибудь более лёгкое?
В 2015 году эта научная группа уже удивила мир, создав "золотую пену", которая не тонет в воде. Этот аэрогель чрезвычайно лёгок за счёт того, что большая часть его объёма приходится на поры и пузырьки воздуха. Однако разработка не удовлетворила исследователей.
"Этот материал был слишком нестабилен и не поддавался обработке. На этот раз мы поставили перед собой чёткую цель: создать лёгкое золото, которое к тому же можно обрабатывать и использовать в большинстве областей, где сегодня применяется золото", - говорит Мецценга.
Каркас нового материала составляет латекс на основе полистирола с добавлением белковых волокон. В этот "опорный скелет" встраиваются кристаллы чистого золота.
Материал получается лёгким по двум причинам. Во-первых, в нём много микроскопических полостей, заполненных воздухом. Во-вторых, полимеры значительно легче меди.
Микрофотография кристаллов золота, внедрённых в полимерную основу.
Иллюстрация Stephan Handschin/ScopeM/ETH Zurich.
В процессе изготовления материал проходит этапы водного раствора, водного геля, спиртового геля и аэрогеля. Плотность конечного продукта зависит от концентрации исходного раствора. Её можно менять, подстраивая вещество под конкретные задачи.
Для ювелирных изделий хорошо подойдёт вариант плотностью 1,7 грамма на кубический сантиметр. Такой материал почти вдевятеро легче обычного золота 750-й пробы. При этом в нём те же 75% драгоценного металла, так что он всё так же хорош для желающих продемонстрировать богатый внутренний мир своего кошелька. Важно также, что новое золото легко поддаётся обработке и сохраняет характерный блеск.
Полимерная основа и микрокристаллы золота придают материалу уникальные свойства.
Иллюстрация Stephan Handschin/ScopeM/ETH Zurich.
Исследователи подали патентную заявку как на материал, так и на способ его изготовления. Но они не намерены останавливаться на достигнутом.
Например, каркас материала можно изготовить из полипропилена, который легко превращается в жидкость при нагревании. Химики планируют таким образом получить эффект плавления золота при низких температурах.
"В общем и целом, наш подход позволяет создавать практически любой вид золота по нашему выбору в соответствии с желаемыми свойствами", - заявляет Мецценга.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о двумерном золоте, а также о золоте, которое твёрже стали.