Eine neue Form von echtem Gold, fast so leicht wie Luft
Forschende der ETH Zürich schufen einen Schaumstoff aus echtem Gold. Es ist die leichteste Form des Edelmetalls, die je hergestellt wurde. Sie ist tausendmal leichter als herk?mmliches Gold und von diesem mit blossem Auge kaum zu unterscheiden. Anwendungsm?glichkeiten dafür gibt es viele.
Ein Nugget aus echtem Gold, so leicht, dass es in einer Tasse Cappuccino nicht untergeht, sondern auf dem Milchschaum schwebt – was unglaublich klingt, haben Forschende der ETH Zürich tats?chlich geschaffen. Wissenschaftler unter der Leitung von Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien, stellten eine neue Art Schaumstoff aus Gold her, ein dreidimensionales Goldgeflecht, das zu einem Grossteil aus Poren besteht. Es handelt sich dabei um den leichtesten je geschaffenen Goldklumpen. ?Das sogenannte Aerogel ist tausendmal leichter als ein herk?mmliches Goldnugget. Es ist leichter als Wasser und beinahe so leicht wie Luft?, sagt Mezzenga.
Von blossem Auge ist die neue Gold-Form kaum von herk?mmlichem Gold zu unterscheiden – auch das Aerogel gl?nzt metallisch. Im Unterschied zur herk?mmlichen Form ist es jedoch weich und von Hand verformbar. Es besteht zu 98 Teilen aus Luft, nur zu zwei Teilen aus festem Material. Und von diesem festen Material sind gut vier Fünftel Gold, bei knapp einem Fünftel handelt es sich um Milchprotein-Fasern. Dies entspricht 20 Karat Gold.
Trocknung als Herausforderung
Die Wissenschaftler schufen den por?sen Stoff, indem sie zun?chst Milchproteine erhitzten, um daraus Nanometer-feine Proteinfasern (amyloide Fibrillen) herzustellen. Diese gaben sie in eine L?sung aus Goldsalz. Darin vernetzten sich die Proteinfasern zu einem Grundgerüst entlang dessen das Gold gleichzeitig zu kleinen Partikeln auskristallisierte. So entstand ein gelartiges Goldfasernetz.
?Eine der grossen Herausforderungen war, dieses feine Netzwerk zu trocknen, ohne es dabei zu zerst?ren?, erkl?rt Gustav Nystr?m, Oberassistent in der Gruppe von Mezzenga und Erstautor der entsprechenden Studie in der Fachzeitschrift ?Advanced Materials?. Da das Trocknen an der Luft die feine Struktur des Goldes besch?digen k?nnte, wichen die Wissenschaftler auf einen schonenden und aufwendigen Trocknungsprozess mithilfe von Kohlendioxid aus. Sie arbeiteten dazu zusammen mit Forschern aus der Gruppe von Marco Mazzotti, Professor für Verfahrenstechnik.
Dunkelrotes Gold
Die gew?hlte Methode, bei der die Goldpartikel direkt bei der Herstellung des Aerogel-Proteingrundgerüsts auskristallisiert werden (und nicht etwa zu einem bestehenden Grundgerüst hinzugegeben werden), ist neu. Der grosse Vorteil der Methode: Sie erlaubt auf einfache Art, ein gleichm?ssiges Goldaerogel zu erhalten.
Ausserdem bietet die Herstellungstechnik den Wissenschaftlern viele M?glichkeiten, auf einfache Weise die Eigenschaften des Goldes bewusst zu beeinflussen. ?Die optischen Eigenschaften von Gold h?ngen stark von der Gr?sse und Form der Goldpartikel ab?, so Nystr?m. ?Wir k?nnen daher die Farbe des Materials ver?ndern. Wenn wir dafür sorgen, dass das Gold nicht zu Mikropartikeln sondern zu kleineren Nanopartikeln auskristallisiert, entsteht dunkelrotes Gold.? Nicht nur die Farbe, auch weitere optische Eigenschaften wie die Absorption und Reflexion k?nnen die Wissenschaftler auf diese Weise beeinflussen.
Das neue Material k?nne dort zum Einsatz kommen, wo bereits heute Gold gebraucht werde, sagt Mezzenga. Die Eigenschaften des Stoffes wie zum Beispiel das geringere Gewicht, der kleinere Materialbedarf oder der por?se Aufbau br?chten Vorteile. Der Einsatz in Uhren und Schmuck sind nur eine M?glichkeit. Eine weitere Anwendung ist die chemische Katalyse, wie die Wissenschaftler in ihrer Arbeit zeigten. Da das hochpor?se Material eine riesige Oberfl?che hat, laufen darin von der Anwesenheit von Gold abh?ngige chemische Reaktion sehr effizient ab. Ausserdem k?nnte das Material dort zum Einsatz kommen, wo Licht absorbiert oder reflektiert werden soll. Und schliesslich kann man daraus Drucksensoren herstellen. ?Bei normalem Luftdruck berühren sich die einzelnen Goldpartikel im Material nicht, das Goldaerogel leitet Strom nicht?, erkl?rt Mezzenga. ?Wird der Druck jedoch erh?ht, das Material quasi zusammengepresst, beginnen sich die Partikel zu berühren, das Material wird leitf?hig.?
Literaturhinweis
Nystr?m G, Fernández-Ronco MP, Bolisetty S, Mazzotti M, Mezzenga R: Amyloid Templated Gold Aerogels. Advanced Materials, 23. November 2015, doi: externe Seite10.1002/adma.201503465