这是瑞士苏黎世联邦理工大学研制的新型泡沫材料,由金的三维网格构成,堪称人类做过的最轻金块。研究团队由食品和软质材料教授拉斐尔·梅曾加领衔,他说,“这种气凝胶比传统的金合金轻一千倍。它比水轻,比空气只稍重一点点。”
金的气凝胶有金属光泽,用肉眼难辨虚实。但与传统的形式相比,它柔软、更可延展。金块由98%体积的空气和2%的固体材料组成;固体物质中超过五分之四是金,不到五分之一是牛奶蛋白质纤维。
在制备这种多孔材料时,先加热牛奶蛋白,产生纳米级的精细蛋白质纤维,放置在金的盐溶液中。蛋白质纤维相互交织,形成基本结构,金沿着这个结构结晶成小颗粒,形成凝胶状的金纤维网格。这种方法不借助支架,能方便地获得均匀的金气凝胶,完全仿照金的合金。
“挑战在于如何使它干燥而不破坏其精细的网格,”在《先进材料》杂志发表的研究报告第一作者、博士后古斯塔夫说。他们选择了二氧化碳,而不是空气来干燥样品,以免损坏泡沫金的精细结构。这样做更温和,但费力得多。它还是跨学科的努力,过程工程教授马可·马佐蒂带领团队来协助完成。
该技术还提供了以简单方式影响金的性状的多种可能性。“金的光学特性很大程度上取决于金颗粒的大小和形状。”古斯塔夫说,“我们藉此可能改变材料的颜色。在实验中我们控制反应条件,使金结晶成更小的纳米粒子,结果得到的金子呈暗红色。”附图中分别是不含黄金的蛋白质纤维(上),含金微粒的泡沫(中),和含金纳米粒子的泡沫(下)。
梅曾加表示,新材料可用于目前正使用金的诸多应用。它重量轻,需要辅材少,多孔结构,这些都是优点。除手表和珠宝中应用外,其化学催化作用优势明显,因为多孔材料具有巨大的表面积,使依赖于金而存在的化学反应能有效地进行。科学家还能像改变颜色一样,控制该材料的其他光学特性,如对光的吸收和反射能力,以开拓其他应用。
团队展示了用于压力传感器的可能性。梅曾加解释道,“正常大气压力下,材料中的金颗粒各不接触,金的气凝胶是不导电的。但当压力增大,材料被压缩时,金的颗粒相互接触,使材料导电。”这是它用于压力传感器的基本原理。
小云 (图ETH Zurich)