تويت
كتلة صلبة من الذهب الحقيقي 20 قيراط، خفيفة لدرجة انها لا تغرق في كوب كابتشينو، بل بدلاً من ذلك تعوم على رغوة الحليب، حيث قام باحثون في معهد زيورخ للتكنولوجيا ETH Zurich وبقيادة البروفيسور Raffaele Mezzenga بإنتاج نوع جديد من الرغوة من الذهب، شبكة ثلاثاية الأبعاد من الذهب والتي تتكون في المقام الأول من المسامات. وتعتبر اخف كتلة ذهب تم تصنيعها.
” التصميم الجديد يسمى بـ إيروجيل Aerogel أخف من سبائك الذهب العادية بألف مرة، وأيضا اخف من الماء فهي تقريبا بخفة الهواء” كما يشير Mezzenga.
بالكاد يمكن التفريق بالعين المجردة بين الشكل التقليدي للذهب والتشكيل الجديد له، فالأيروجيل لديه لمعان أيضاً. ولكن على النقيض من النموذج التلقيدي فهو لين و مرن، فيتألف من 98 جزئاً من الهواء المضغوط و جزئين فقط من المواد الصلبة، من هذه المواد فإن اكثر من أربعة أخماس هو الذهب و أقل من الخمس ألياف بروتين الحليب. والذي يتوافق مع حوالي 20 قيراط من الذهب.
كون العلماء المادة المسامية عبر تسخين بروتين الحليب أولا لإنتاج نانومتر ألياف البروتين، ماتسمى بألياف الاميلويد Amyloid
والتي توضع فيما بعد في محلول ملح الذهب. ألياف البروتين تتشابك ببعضها في البنية الاساسية في وقت واحد مع تبلور الذهب إلى جزيئات صغيرة والذي يؤدي إلى شبكة ألياف الذهب الشبيهة بالهلام.
” إحدى التحديات الكبيرة كانت كيفية تجفيف هذه الشبكة الرائعة دون إالحاق الأذى بها أو تدميرها” يشرح Gustav Nystrom. الحاصل على زمالة مابعد الدكتوراه في مجموعة Mezzenga، و المؤلف الأول للدراسات المتناظرة في مجلة المواد المتقدمة.
بما أن التجفيف الهوائي يدمر هيكل الذهب فأختار العلماء عملية تجفيف مجهدة ولكن لطيفة وذلك باستخدام ثاني اوكسيد الكربون. قامو بذلك بعدة جهود بمساعدة الباحثيين في مجموعة ماركو ماتسوتي Marco Mazzotti، بروفيسور هندسة العمليات.
الذهب الأحمر الغامق
الطريقة المختارة حيث يتم تبلور جزيئات الذهب مباشرة أثناء تصنيع بنية بروتين الأيروجيل ( أو عدم، كإضافتها إلى سقالة جاهزة) هي جديدة. أهم ميزة في هذه الطريقة هي انها تجعل الحصول على ايروجيل الذهب متجانسة، ومحاكاة سبائك الذهب تماماً.
أن تقنية التصنيع توفر للعلماء العديد من الفرص للتأثير على خصائص الذهب بنمط سهل. ” خصائص الذهب البصرية تعتمد بشدة على حجم وشكل جزيئات الذهب”. كما يشير Nystrom، ” وبالتالي بإمكاننا تغيير لون المادة. عنما نغير من ظروف التفاعل و ردة فعله لكي تتحول إلى جسيمات نانوية بدلاً من التبلور لجسميات ميكروية، ستكون النتيجة ذهب ذو لون احمر داكن”. أي يمكن للعلماء ليس تغيير اللون فقط بل التأثير على الخصائص البصرية كالأمتصاص والأنعكاس.
يمكن استخدام المادة الجديدة في العديد من التطبيقات الحالية التي يستخدم الذهب التلقيدي فيها، يشير Mezzenga. ومن مزاياها خصائص المواد التي تجعل منها أخف وزناً، بنية مسامية وثقوب اصغر. التطبيقات في الساعات والمجوهرات هي احتمال واحد فقط. تطبيق آخر مثبت من قبل العلماء هو التحفيز الكيميائي: بما ان المواد المسامية لديها اسطح ضخمة، فبالإمكان تفعيل التفاعلات الكيميائية التي تعتمد على مشاركة الذهب بطريقة فعالة جداً. ويمكن استخدام هذه المادة أيضاً في التطبيقات التي يتم فيها امتصاص الضوء او عكسه. وأخيراً أظهر العلماء أيضاً كيف يصبح من الممكن تصنيع أجهزة استشعار الضغط بأستخدامها. ” في الضغط الجوي العادي،جسيمات الذهب الفردية في المادة لا تمس، وذهب الأيروجيل لا يوصل التيار الكهربائي” يشرح Mezzenga. ” ولكن ما أن يبدأ الضغط بالإزدياد، تبدأ المادة بالإنضغاط والجزيئات بالألتماس، فتصبح بذلك مادة موصلة للتيار الكهربائي”.
” التصميم الجديد يسمى بـ إيروجيل Aerogel أخف من سبائك الذهب العادية بألف مرة، وأيضا اخف من الماء فهي تقريبا بخفة الهواء” كما يشير Mezzenga.
بالكاد يمكن التفريق بالعين المجردة بين الشكل التقليدي للذهب والتشكيل الجديد له، فالأيروجيل لديه لمعان أيضاً. ولكن على النقيض من النموذج التلقيدي فهو لين و مرن، فيتألف من 98 جزئاً من الهواء المضغوط و جزئين فقط من المواد الصلبة، من هذه المواد فإن اكثر من أربعة أخماس هو الذهب و أقل من الخمس ألياف بروتين الحليب. والذي يتوافق مع حوالي 20 قيراط من الذهب.
كون العلماء المادة المسامية عبر تسخين بروتين الحليب أولا لإنتاج نانومتر ألياف البروتين، ماتسمى بألياف الاميلويد Amyloid
والتي توضع فيما بعد في محلول ملح الذهب. ألياف البروتين تتشابك ببعضها في البنية الاساسية في وقت واحد مع تبلور الذهب إلى جزيئات صغيرة والذي يؤدي إلى شبكة ألياف الذهب الشبيهة بالهلام.
” إحدى التحديات الكبيرة كانت كيفية تجفيف هذه الشبكة الرائعة دون إالحاق الأذى بها أو تدميرها” يشرح Gustav Nystrom. الحاصل على زمالة مابعد الدكتوراه في مجموعة Mezzenga، و المؤلف الأول للدراسات المتناظرة في مجلة المواد المتقدمة.
بما أن التجفيف الهوائي يدمر هيكل الذهب فأختار العلماء عملية تجفيف مجهدة ولكن لطيفة وذلك باستخدام ثاني اوكسيد الكربون. قامو بذلك بعدة جهود بمساعدة الباحثيين في مجموعة ماركو ماتسوتي Marco Mazzotti، بروفيسور هندسة العمليات.
الذهب الأحمر الغامق
الطريقة المختارة حيث يتم تبلور جزيئات الذهب مباشرة أثناء تصنيع بنية بروتين الأيروجيل ( أو عدم، كإضافتها إلى سقالة جاهزة) هي جديدة. أهم ميزة في هذه الطريقة هي انها تجعل الحصول على ايروجيل الذهب متجانسة، ومحاكاة سبائك الذهب تماماً.
أن تقنية التصنيع توفر للعلماء العديد من الفرص للتأثير على خصائص الذهب بنمط سهل. ” خصائص الذهب البصرية تعتمد بشدة على حجم وشكل جزيئات الذهب”. كما يشير Nystrom، ” وبالتالي بإمكاننا تغيير لون المادة. عنما نغير من ظروف التفاعل و ردة فعله لكي تتحول إلى جسيمات نانوية بدلاً من التبلور لجسميات ميكروية، ستكون النتيجة ذهب ذو لون احمر داكن”. أي يمكن للعلماء ليس تغيير اللون فقط بل التأثير على الخصائص البصرية كالأمتصاص والأنعكاس.
يمكن استخدام المادة الجديدة في العديد من التطبيقات الحالية التي يستخدم الذهب التلقيدي فيها، يشير Mezzenga. ومن مزاياها خصائص المواد التي تجعل منها أخف وزناً، بنية مسامية وثقوب اصغر. التطبيقات في الساعات والمجوهرات هي احتمال واحد فقط. تطبيق آخر مثبت من قبل العلماء هو التحفيز الكيميائي: بما ان المواد المسامية لديها اسطح ضخمة، فبالإمكان تفعيل التفاعلات الكيميائية التي تعتمد على مشاركة الذهب بطريقة فعالة جداً. ويمكن استخدام هذه المادة أيضاً في التطبيقات التي يتم فيها امتصاص الضوء او عكسه. وأخيراً أظهر العلماء أيضاً كيف يصبح من الممكن تصنيع أجهزة استشعار الضغط بأستخدامها. ” في الضغط الجوي العادي،جسيمات الذهب الفردية في المادة لا تمس، وذهب الأيروجيل لا يوصل التيار الكهربائي” يشرح Mezzenga. ” ولكن ما أن يبدأ الضغط بالإزدياد، تبدأ المادة بالإنضغاط والجزيئات بالألتماس، فتصبح بذلك مادة موصلة للتيار الكهربائي”.