科学家创造新型黄金材料 重量和空气一样轻
作者：张微 2015年11月30日 来源：中国科技网 
苏黎世联邦理工学院的研究人员创造了一种由黄金制成的新型的泡沫。它是有史以来由贵金属制成的最轻的材料：比它的传统形态轻一千倍，用肉眼无法区分。它有许多可能的应用。
一块真正的20克拉黄金，非常轻，不会沉在卡布奇诺里，漂浮在牛奶泡沫上——这件听起来不可思议的事情，已经由苏黎世联邦理工大学的研究人员成功完成了。由食品与软质材料系教授Raffaele Mezzenga领导的科学家团队，已经创造出一种由黄金制成的新型泡沫，一种主要由孔隙构成的三维网格黄金。它是史上最轻的金块。“这种所谓的气凝胶材料比传统的黄金轻1000倍。这种新材料比水轻，几乎轻如空气。” Mezzenga说。
我们仅用肉眼无法将这种新型黄金泡沫与传统黄金区分开来——这个凝胶甚至还有金属光泽。但是与传统形态相比，如果我们用手触摸会发现它很柔软，而且可延展。它由98%的空气和2%的固体材料组成。固体材料部分，超过五分之四是黄金，不到五分之一是牛奶蛋白纤维。这就相当于20克拉黄金的重量。
科学家发明多孔材料的过程如下，通过加热牛奶蛋白产生出纳米精细蛋白纤维，形成所谓淀粉样纤维，然后将它们置入金盐溶液中。蛋白纤维交织成一个基本结构，顺着这个结构黄金同步结晶成小颗粒。这就形成了在凝胶状的金纤维网格结构。
“最大的挑战之一是如何干燥这个精细网格而不破坏它，” Gustav Nyström解释说，他是Mezzenga团队的博士后也是这个团队发表在《先进材料》期刊的论文第一作者。因为空气干燥可能会损坏精细的金结构，所以科学们选择了一个比较温和但是很费力的干燥方法，那就是用二氧化碳。他们需要跨学科的合作，在过程工程教授Marco Mazzotti领导的研究团队帮助下完成了这项任务。
黄金颗粒在制造气凝胶蛋白结构过程中直接结晶时选用的方法是全新的。这个方法最大的优点是，很容易获得均匀的金气凝胶(完全模仿黄金)。
想要以简单的方式达到影响黄金性质的目的，科学家们依靠制造技术完全有办法做的。“黄金的光学性能非常依赖于金颗粒的大小和形状，”NyströM.说。“我们甚至可以改变材料的颜色。当我们改变反应条件时，黄金不是结晶成微粒，而是形成更小的纳米粒子，就会出现暗红色的黄金。”通过这种方式，科学家们不仅可以影响材料的颜色，还可以影响其他的光学特性如吸收和反射。
这种新材料在目前黄金正在使用的领域都可以应用。Mezzenga说。该物质的特性，包括重量轻，体积小和多孔结构都有它的优势。在手表和珠宝行业应用只是其中一种可能性。科学家们展示了另一项应用，就是化学催化剂：由于多孔材料的表面积大，需要黄金参与的化学反应，如果换成这种材料就会以非常有效率的方式进行。这个材料也可用于光吸收和反射的应用中。最后，科学家们也展示了如何用它来制造压力传感器。“在正常大气压下，材料中的单个金子颗粒不会接触，而且金气凝胶也不会导电，” Mezzenga解释说。“但是当压力增加时，材料被压缩，金子颗粒会开始接触，使得材料导电。”