Vergulde mysteries onthuld: oude kunst ontmoet nanotechnologie in goudkloppingen op nanoschaal

Goudslaan, een eeuwenoud ambacht dat meer dan vijf millennia geleden door oude Egyptische ambachtslieden werd ontwikkeld, omvat het nauwgezet uitdunnen van bulkgoud tot ragfijne bladeren. Door de geschiedenis heen heeft dit ingewikkelde proces verschillende meesterwerken versierd, zoals de tombes van Thebe en Saqqara, en zijn plaats in kunst en versieringen in verschillende culturen verstevigd.

Tegenwoordig wordt goud op nanoschaal niet alleen gebruikt voor het decoreren van luxe desserts, maar is het ook onmisbaar voor moderne toepassingen, variërend van micro-elektronica tot nanogeneeskunde.

Om de kloof tussen oude kunst en moderne technologie te overbruggen, hebben onderzoekers van de Universiteit van Zuid-Florida, Clemson University en de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign ontdekt dat zelfs nanoscopische goudstaven kunnen worden gecomprimeerd tot 2D-bladvormen, waarbij het eeuwenoude proces van bladvorming wordt nagebootst. goudkloppend, maar dan op nanoschaal.

“We waren geïntrigeerd door het idee om eeuwenoude ambachten te lenen voor moderne nanoproductieprocessen”, zegt onderzoeker Michael Cai Wang, assistent-professor Werktuigbouwkunde bij USF. “Het vermogen om 2D-dunne films uit nanodeeltjes te fabriceren opent nieuwe grenzen in de nanotechnologie en materiaalkunde, terwijl we bij USF verder streven naar groene manieren om goud te ontwikkelen.”

Het onlangs gepubliceerde artikel van de onderzoekers in PNAS-nexus, “Nanoscale Goldbeating: Solid-State Transformation of 0D and 1D Gold Nanoparticles to Anisotropic 2D Morphologies”, onderzoekt en biedt inzichten in de wereld van metaalvervorming op nanoschaal en 2D-bladvorming. Het inzicht dat uit deze studie wordt verkregen, kan leiden tot de ontwikkeling van een breed palet aan nanokristallen en nanometalen, wat de weg vrijmaakt voor opwindende toekomstige toepassingen in hernieuwbare energie, kwantumcomputers en nanogeneeskunde.

“Het begin van deze solid-state 2D-transformatietechniek is slechts het startpunt. De veelzijdigheid ervan reikt verder dan goud, waardoor het toepasbaar is op een breed scala aan materialen”, zegt Md Rubayat-E Tanjil, een USF-promovendus in Werktuigbouwkunde en een eerste auteur op dit artikel. “Terwijl we onze bevindingen met de wetenschappelijke gemeenschap delen, anticiperen we reikhalzend op het bevorderen van ons begrip van metaalvervorming op nanoschaal en het onthullen van nieuwe wetenschap.”

Uit het onderzoek bleek dat de geïnduceerde 2D-morfologieën van de bladgouden afhankelijk waren van verschillende factoren, waaronder de oorspronkelijke vorm, grootte en ordening van de voorloper-nanodeeltjes vóór hun compressie. Vanwege de maakbaarheid van goud heeft deze nanofabricagetechniek het potentieel om de vorm, de laterale grootte en de dikte van het 2D-bladgoud nauwkeurig te controleren, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor diverse toepassingen.

“De inspanningen die we hebben geleverd om een ​​uniforme compressie van nanokristallen over grote oppervlakken te bereiken, hebben uiteindelijk hun vruchten afgeworpen”, zegt Keegan Suero, een junior werktuigbouwkunde en USF S-STEM Scholar die tijdens zijn bachelorstudie in Wang’s laboratorium heeft gewerkt. “Ik ben heel blij om deel uit te maken van deze opmerkelijke onderneming, en natuurlijk moet er nog een schat aan wetenschap worden opgegraven.”

Met de convergentie van eeuwenoud kunstenaarschap en nanotechnologie vergroot deze studie niet alleen ons begrip van materialen op nanoschaal, maar toont ze ook de tijdloze aantrekkingskracht van goud en de betekenis ervan bij het vormgeven van ons verleden, heden en toekomst.