Por primera vez, un equipo de científicos han conseguido fabricar láminas de oro de un solo átomo de grosor. Bautizado como “goldeno”, ha dotado al oro de nuevas cualidades que lo hacen apropiado para diversas aplicaciones.

Según los investigadores de la Linköping University (LiU), el goldeno puede utilizarse para crear hidrógeno, compuestos de valor añadido y también para la conversión del dióxido de carbono.

El proceso implicó emplear un método impregnado de la herencia japonesa de forja, conocido como reactivo de Murakami, que ha perdurado durante más de un siglo.

Los detalles de la investigación realizada por el equipo de LiU se publicaron en la revista Nature Synthesis.

Los científicos utilizaron una técnica ancestral

Debido a la propensión del metal a agruparse, los científicos llevan mucho tiempo intentando crear láminas de oro de un solo átomo de grosor, pero sin conseguirlo. Sin embargo, los investigadores del LiU lograron el éxito con la ayuda de una técnica centenaria empleada por los herreros japoneses.

Shun Kashiwaya, investigador de la División de Diseño de Materiales de la Linköping University, dijo en un comunicado:

“Si haces un material extremadamente fino, ocurre algo extraordinario, como con el grafeno. Lo mismo ocurre con el oro”.

En su forma convencional, el oro suele manifestarse como un metal. Sin embargo, cuando se reduce a una capa de un átomo de grosor, sufre una transformación y muestra propiedades semiconductoras.

Junto con sus colegas, los investigadores Lars Hultman y Shun Kashiwaya han creado goldene. Crédito de imagen: Olov Planthaber

Los científicos emplearon un material base tridimensional con oro incrustado entre capas de titanio y carbono para desarrollar el goldeno. Sin embargo, el proceso de obtención del goldeno resultó difícil. Según los investigadores, una parte del avance puede atribuirse a la suerte.

El equipo desarrolló el material subyacente pensando en aplicaciones totalmente distintas. Empezaron con carburo de titanio y silicio, una cerámica conductora de la electricidad que contiene diminutas capas de silicio. Para crear un contacto, la sustancia debía recubrirse de oro.

Lars Hultman, catedrático de Física de Películas Finas de la LiU dijo en un comunicado:

“Pero cuando expusimos el componente a altas temperaturas, la capa de silicio fue sustituida por oro dentro del material base”.

Los investigadores encontraron carburo de titanio y oro, lo que se conoce como intercalación. Disponen de este carburo de titanio y oro desde hace varios años, pero no saben cómo exfoliar o panear el oro con eficacia.

Una nueva frontera en la ciencia de los materiales

Hultman se topó con una técnica arraigada en la tradición japonesa de forja, que se remonta a más de un siglo. Conocido como el reactivo de Murakami, elimina hábilmente los residuos de carbono y altera el tono del acero, una técnica empleada, entre otros, en la fabricación artesanal de cuchillos.

Sin embargo, replicar la fórmula exacta utilizada por los herreros tradicionales resultó inalcanzable.

Hultman explica:

“Probé distintas concentraciones del reactivo de Murakami y distintos periodos de tiempo para el grabado. Un día, una semana, un mes, varios meses. Nos dimos cuenta de que cuanto menor era la concentración y más largo el proceso de grabado, mejor. Pero seguía sin ser suficiente”.

Para crear el goldeno, los investigadores utilizaron un material base tridimensional en el que el oro se incrusta entre capas de titanio y carbono. Crédito de imagen: Olov Planthaber

Como la luz hace que se forme cianuro en la reacción y destruye el oro, el grabado debe hacerse igualmente en completa oscuridad. El último paso era estabilizar las láminas de oro. Se aplicó un tensioactivo para evitar que las láminas bidimensionales expuestas se curvaran. Aquí interviene un tensioactivo, una molécula larga que divide y estabiliza las láminas.

Las láminas doradas se encuentran en una solución parecida a los copos de maíz en la leche. Utilizando una especie de “tamiz”, los investigadores pudieron reunir el oro para examinarlo. Posteriormente, utilizando un microscopio electrónico, confirmaron el éxito de su empresa.

Según los investigadores, debido a que el oro tiene dos enlaces libres cuando es bidimensional, el goldeno tiene propiedades novedosas.

Sus usos futuros podrían incluir la conversión del dióxido de carbono, la catálisis productora de hidrógeno, la síntesis selectiva de moléculas con valor añadido, la producción de hidrógeno, la purificación del agua, la comunicación y mucho más. Además, la cantidad de oro utilizada en las aplicaciones actuales puede reducirse considerablemente.

Los investigadores de LiU estudiarán ahora la posibilidad de hacer lo mismo con otros metales nobles y determinar posibles usos futuros.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Nature Synthesis.

Fuente: LIU

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com