Une couche d'or d'un seul atome
Des chercheurs créent de l'"orène"
Pour la première fois, des scientifiques sont parvenus à créer des feuilles d'or d'une épaisseur d'un seul atome. Ce matériau a été baptisé goldène. Selon des chercheurs de l'université de Linköping, en Suède, cela a donné à l'or de nouvelles propriétés qui peuvent permettre de l'utiliser dans des applications telles que la conversion du dioxyde de carbone, la production d'hydrogène et la production de produits chimiques à valeur ajoutée. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Nature Synthesis.
Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à créer des feuilles d'or d'une épaisseur d'un seul atome.
Olov Planthaber
Les scientifiques ont longtemps essayé de fabriquer des feuilles d'or d'un seul atome d'épaisseur, mais sans succès en raison de la tendance du métal à s'agglutiner. Des chercheurs de l'université de Linköping y sont parvenus grâce à une méthode centenaire utilisée par les forgerons japonais.
"Si vous rendez un matériau extrêmement fin, quelque chose d'extraordinaire se produit, comme avec le graphène. Il en va de même pour l'or. Comme vous le savez, l'or est généralement un métal, mais s'il est recouvert d'une couche d'un seul atome, il peut devenir un semi-conducteur", explique Shun Kashiwaya, chercheur à la division de conception des matériaux de l'université de Linköping.
Pour créer le goldène, les chercheurs ont utilisé un matériau de base tridimensionnel dans lequel l'or est intégré entre des couches de titane et de carbone. Mais la création du goldène s'est avérée difficile. Selon Lars Hultman, professeur de physique des couches minces à l'université de Linköping, les progrès réalisés sont en partie dus à la sérendipité.
"Nous avions créé le matériau de base en pensant à des applications complètement différentes. Nous avons commencé par une céramique conductrice d'électricité appelée carbure de titane et de silicium, où le silicium est en couches minces. L'idée était ensuite de recouvrir le matériau d'or pour établir un contact. Mais lorsque nous avons exposé le composant à des températures élevées, la couche de silicium a été remplacée par de l'or à l'intérieur du matériau de base", explique Lars Hultman.
Ce phénomène s'appelle l'intercalation et ce que les chercheurs ont découvert, c'est du carbure de titane et d'or. Pendant plusieurs années, les chercheurs ont disposé de carbure de titane et d'or sans savoir comment l'or pouvait être exfolié ou extrait, pour ainsi dire.
Par hasard, Lars Hultman a trouvé une méthode utilisée dans l'art de la forge japonaise depuis plus de cent ans. Il s'agit du réactif de Murakami, qui élimine les résidus de carbone et modifie la couleur de l'acier dans la fabrication des couteaux, par exemple. Mais il n'était pas possible d'utiliser exactement la même recette que les forgerons. Shun Kashiwaya a dû envisager des modifications :
"J'ai essayé différentes concentrations du réactif de Murakami et différentes durées de gravure. Un jour, une semaine, un mois, plusieurs mois. Nous avons remarqué que plus la concentration était faible et plus le processus de gravure était long, mieux c'était. Mais ce n'était toujours pas suffisant", explique-t-il.
La gravure doit également être effectuée dans l'obscurité, car le cyanure se développe dans la réaction lorsqu'il est frappé par la lumière, et il dissout l'or. La dernière étape consistait à stabiliser les feuilles d'or. Pour éviter que les feuilles bidimensionnelles exposées ne se recroquevillent, un agent tensioactif a été ajouté. Dans ce cas, il s'agit d'une longue molécule qui sépare et stabilise les feuilles, c'est-à-dire un tenside.
"Les feuilles d'orène se trouvent dans une solution, un peu comme des corn-flakes dans du lait. À l'aide d'une sorte de "tamis", nous pouvons recueillir l'or et l'examiner au microscope électronique pour confirmer que nous avons réussi. Et c'est le cas", explique Shun Kashiwaya.
Les nouvelles propriétés du goldène sont dues au fait que l'or possède deux liaisons libres lorsqu'il est bidimensionnel. Grâce à cela, les applications futures pourraient inclure la conversion du dioxyde de carbone, la catalyse génératrice d'hydrogène, la production sélective de produits chimiques à valeur ajoutée, la production d'hydrogène, la purification de l'eau, la communication, et bien d'autres choses encore. En outre, la quantité d'or utilisée dans les applications actuelles peut être considérablement réduite.
La prochaine étape pour les chercheurs du LiU est d'étudier s'il est possible de faire la même chose avec d'autres métaux nobles et d'identifier d'autres applications futures.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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