轻如空气的新型泡沫黄金

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你见过深红色的金块吗？你见过可以悬浮在牛奶泡沫上的金块吗？新型泡沫黄金，轻如空气，有望应用于催化器，光学器件，以及压力传感器。

图注：20克拉的泡沫黄金比牛奶泡沫还要轻

图片虽然看起来很不可思议，但是这是没有任何伪造的真实图片。


苏黎世理工学院的研究者们研发出一种真金制成的泡沫。 这是目前为止研制出的最轻的贵金属泡沫：比它传统实体状态的黄金材料要轻近千倍，而且肉眼几乎无法识别其中的泡沫结构，从而使其具有广阔的应用前景。


对于一块20克拉的金块，因为它质量很轻，所以在卡布奇诺中不会下沉，而是浮在泡沫牛奶的上层，虽然这一现象可能听起来难以置信，但是苏黎世理工学院的研究者们已经完成了这一试验。食品和软物质研究领域的教授Raffaele Mezzenga带领了一批科学家研发了一种新型泡沫黄金，它是由三维多边形孔洞构建形成的网络形成。这是目前为止最轻的金块。Mezzenga认为：“之所以称这种泡沫黄金为气凝胶，是因为它比传统的黄金合金要轻近一千倍，它比水还轻，密度几乎和空气差不多。”


这种新型泡沫黄金有金属光泽，所以肉眼无法将其和传统黄金材料区分。但是它要比传统黄金材料轻很多，而且可以通过手的力使其变形。泡沫黄金中，98%的成分都是空气，只有2%的成分是固体金属。在这部分固体金属材料中，超过五分之四的部分是黄金，剩下不足五分之一的部分是牛奶蛋白纤维。
干燥过程成为一个难题

图注：牛奶蛋白纤维和金盐是制作泡沫金属的原材料

研究者们是如何研制这种多孔材料呢？首先通过加热牛奶蛋白来生产纳米尺度的蛋白纤维，也被称为淀粉纤维， 然后把这种蛋白纤维放置在金盐溶液中。蛋白纤维相互交错形成基本空间结构，同时金原子结晶形成小颗粒，从而形成凝胶-金纤维网状结构。


如何干燥这种网状纤维而不破坏其结构成为一项大难题。直接通过空气干燥，很容易破坏金原子的结构，科学家们采用了一种温和的方法，即通过二氧化碳来干燥网状纤维。这是在跨学科领域的研究者 Marco Mazzotti的帮助下实现的。


深红色的金子


科研者们研制出一种新的方法——在加工凝胶蛋白结构的时候，使金颗粒直接结晶，这种方法最大的优点是可以制作均匀的金凝胶，从而可以完美的仿制黄金合金。这种加工工艺给研究者们带来了大量的研究突破口，比如通过简单的方法来改变金的性能。 Nystr?m指出：“金属的光学性能主要取决于金颗粒的尺寸和形状,因此，我们可以改变材料的颜色，当我们改变实验条件时，金颗粒不再结晶成微米结构而是更小的纳米结构，从而形成一种深红色的金子。”这意味着，科研者们不仅可以改变金子的颜色，还可以改变金子的光学性能，例如吸收率和反射率。


这种新型泡沫黄金材料可以应用于许多领域，因为它有许多优异的性能，例如质量轻，尺寸小和多孔结构等，这使它的应用不仅局限于手表和珠宝领域。泡沫金的另一应用领域是作为化学催化剂：因为多孔材料有很大的表面积，对于那些需要金作为催化剂的化学反应而言，泡沫金材料可以加速其反应速率。这种泡沫金也可以用作吸收光或者反射光的材料。 Mezzenga表示可以通过泡沫金材料制作压力传感器：在大气压力的条件下，材料中的金颗粒是不接触的，所以金凝胶是不能导电的，但是当压力增加时，材料被压缩变形，金颗粒开始相互接触，从而使材料可以导电。