Ein 18-Karat-Nugget aus Plastik

Liebhaberinnen und Liebhaber von Golduhren und schwerem Schmuck k?nnen sich freuen. Die Objekte ihrer Begierde d¨¹rften dereinst viel leichter werden und trotzdem edel gl?nzen. Gerade bei Armbanduhren ist ein geringes Gewicht entscheidend. Niemand mag eine schwere Uhr am Handgelenk tragen, selbst wenn sie aus echtem Gold besteht. Das ist auf die Dauer unangenehm und st?rend.

Die ehemalige ETH-Postdoktorandin Leonie van ¡®t Hag im Labor von Raffaele Mezzenga, Professor f¨¹r Lebensmittel und weiche Materialien, hat deshalb eine neue Form von Gold geschaffen, die f¨¹nf- bis zehnmal leichter ist als traditionelles 18-Karat-Gold. Dieses besteht ¨¹blicherweise zu drei Vierteln aus dem Element Gold und zu einem Viertel aus Kupfer. Seine Dichte liegt bei rund 15 g/cm³.

Nicht so das neue Leichtgold. Dessen Dichte betr?gt nur 1,7 g/cm³. Trotzdem ist es 18-Karat-Gold. Der Grund f¨¹r diese wundersame Leichtigkeit: Van¡¯t Hag, Mezzenga und Kollegen verwendeten Proteinfasern und ein Latexpolymer anstelle eines metallenen Legierungspartners. Diese Fasern bilden die Matrix, in die pl?ttchenartige Gold-Nanokristalle eingebettet sind. Zudem enth?lt das Leichtgold zahlreiche winzige Lufteinschl¨¹sse, die von Auge nicht sichtbar sind. Die entsprechende Studie ist soeben in der Fachzeitschrift ?externe SeiteAdvanced Functional Materialscall_made? erschienen.

Und hier ist das Rezept f¨¹r die neue Leichtigkeit des Goldes: Die Forschenden geben die Zutaten in Wasser und erzeugen eine Dispersion. Diese versetzen sie mit einem Salz und verwandeln dadurch die Dispersion in ein Gel, bei welchem sie in einem n?chsten Schritt das Wasser durch Alkohol ersetzen.

In einer Druckkammer hohen Dr¨¹cken und einer superkritischen CO₂-Atmosph?re ausgesetzt, k?nnen sich der Alkohol und das Gas mischen. Sobald die Forscher den Druck entlasten verwandelt sich das Gemisch in ein gleichm?ssiges luftiges Aerogel. Anschliessend k?nnen die Kunststoffpolymere durch W?rmezufuhr ausgegl¨¹ht werden. Dadurch wandelt sich das Material erneut um und wird in die gew¨¹nschte endg¨¹ltige Form verdichtet, wobei die 18-Karat-Zusammensetzung erhalten bleibt.

Eigenschaften eines Plastikwerkst¨¹cks

?Dieses Gold hat Materialeigenschaften eines Plastiks?, sagt Mezzenga. L?sst man ein St¨¹ck davon auf eine harte Tischplatte fallen, klingt es wie Plastik. Es schimmert jedoch wie metallenes Gold, und l?sst sich polieren und bearbeiten, um es in die richtige Form zu bringen.

Die Forschenden k?nnen auch die H?rte des Materials einstellen, indem sie die Zusammensetzung des Goldes ver?ndert. Anstelle von Latex ist auch m?glich, andere Kunststoffe wie Polypropylen als Tr?germaterial zu verwenden. Da sich Polypropylen bei einer spezifischen Temperatur verfl¨¹ssigt, kann Plastikgold mit diesem Kunststoff das Schmelzen von Gold imitieren, aber bei viel tieferen Temperaturen. Durch die Wahl der Gold-Nanopartikel l?sst sich ausserdem die Farbe ?ndern. Gold-Nanopl?ttchen ergeben den typischen Goldschimmer. Kugelige Gold-Nanopartikel verleihen dem Material einen violetten Farbton.

?Grunds?tzlich k?nnen wir mit unserem Ansatz fast beliebige Arten von Plastikgold kreieren, je nachdem welche Eigenschaften gefragt sind?, sagt Mezzenga.

Gold f¨¹r Uhrenindustrie und Elektronik

Anwendungsgebiete f¨¹r das Plastikgold sind laut dem ETH-Professor vor allem die Herstellung von Uhren und Schmuck. Es eignet sich aber auch f¨¹r die chemische Katalyse, Elektronikanwendungen oder zur Abschirmung von radioaktiver Strahlung. Die Forschenden haben auf das Verfahren und das Material ein Patent angemeldet.

Bereits vor einiger Zeit machten Wissenschaftler um Raffaele Mezzenga mit dem leichtesten Gold der Welt von sich reden. Dieses Gold war so leicht, dass es selbst auf Cappuccino-Schaum schwamm. ?Das Material war allerdings zu wenig stabil und konnte nicht weiterverarbeitet werden. Dieses Mal hatten wir uns aber zum Ziel gesetzt, ein leichtes Gold zu schaffen, das in den meisten Anwendungen, wo heute Gold gebraucht wird, verwendet werden kann?, betont Mezzenga.