그래핀은 경이로운 재료로 환영받았지만, 원자적으로 얇은 다른 유망한 재료를 찾기 위해 서두르기도 했다. 이제 연구자들은 화학분야에서 다양한 응용분야를 가질 수 있는 "골든(goldene)"이라고 부르는 2D 버전의 금을 만드는 데 성공했다.
과학자들은 수십 년 동안 단 하나의 원자 두께의 탄소 층을 생성할 가능성에 대해 추측해 왔다. 그러나 2004년이 되어서야 영국맨체스터 대학팀이 일반적인 접착 테이프를 사용하여 흑연 덩어리를 벗겨내는 매우 간단한 기술을 사용하여 처음으로 그래핀 시트를 생산했다.
생성된 물질의 높은 강도, 높은 전도성 및 특이한 광학적 특성으로 인해 이에 대한 응용 분야를 찾는 사람들이 몰려들었다. 그러나 이는 또한 연구자들이 다른 초박형 물질이 어떤 종류의 이국적인 기능을 가질 수 있는지 조사하도록 자극했다.
금은 과학자들이 오랫동안 그래핀만큼 얇게 만들기 위해 노력해 온 재료 중 하나이지만 지금까지의 노력은 헛수고였다. 하지만 이제 스웨덴 린셰핑 대학교(Linköping University)의 연구자들은 일본의 오래된 단조 기술을 빌려 "골든(goldene)"이라고 부르는 초박형 조각을 만들었다.
연구를 주도한 카시와야 슌(Shun Kashiwaya)은 보도 자료 에서 “재료를 극도로 얇게 만들면 특별한 일이 일어난다”고 말했다. "금에도 같은 일이 일어납니다."
골든을 만드는 것은 원자가 서로 뭉치는 경향이 있기 때문에 과거에는 어려운 것으로 입증되었습니다. 따라서 2D 금 원자 시트를 만들 수 있더라도 금 원자는 빠르게 말아서 대신 나노 입자를 생성한다.
연구진은 티타늄 카바이드 층 사이에 매우 얇은 실리콘 층을 특징으로 하는 티타늄 실리콘 카바이드라고 불리는 세라믹을 금으로 코팅함으로써 이 문제를 해결했다. 그런 다음 그들은 그것을 용광로에서 가열했는데, 이로 인해 금이 재료로 확산되고 삽입(intercalation)이라고 알려진 과정에서 실리콘 층이 교체되었다.
이로 인해 세라믹에 내장된 원자 단위로 얇은 금 층이 생성되었다. 그것을 꺼내기 위해서는 일본 칼 제조사들이 개발한 100년 된 기술을 빌려야 했다. 그들은 금 시트를 천천히 드러내기 위해 탄소 잔류물을 식각하는 무라카미 시약으로 알려진 화학 제제를 사용했다.
연구자들은 다양한 농도의 시약과 다양한 에칭 시간을 실험해야 했다. 그들은 또한 금 시트를 에칭액으로부터 보호하고 말리는 것을 방지하는 계면활성제라고 불리는 세제 같은 화학 물질을 추가해야 했습니다. 그런 다음 금 조각을 용액에서 체로 걸러내어 더 자세히 조사할 수 있다.
Nature Synthesis 의 논문 에서 연구자들은 전자현미경을 사용하여 금층이 실제로 원자 1개 두께에 불과하다는 것을 확인하는 방법을 설명한다. 그들은 또한 금빛 조각이 반도체라는 것을 보여주었다.
누군가가 골든을 만들었다고 주장한 것은 이번이 처음이 아니라고 Nature는 지적한다. 그러나 이전의 시도에는 다른 재료 사이에 끼워진 초박형 시트를 만드는 것이 포함되었으며 Linköping 팀은 그들의 노력이 "자립형 2D 금속"을 만드는 최초의 노력이라고 말한다.
연구진은 이 물질이 다양한 용도로 사용될 수 있다고 말했다. 금 나노 입자는 이미 플라스틱 폐기물과 바이오매스를 가치 있는 물질로 바꿀 수 있는 촉매제로서의 가능성을 보여주고 있으며, 에너지 수확, 광자 장치 생성 , 심지어 물을 분해하여 수소 연료를 생성하는 데 유용할 수 있는 특성을 가지고 있다고 논문에서 밝혔다 .
상업적으로 유용한 양의 물질을 생산할 수 있도록 합성 방법을 조정하는 작업이 필요하며, 이로 인해 그래핀이 널리 사용되는 제품으로 완전히 출시되는 것이 지연되었다. 그러나 연구팀은 유사한 접근법이 다른 유용한 촉매 금속에도 적용될 수 있는지 조사하고 있다. 그래핀은 오랫동안 도시에서 유일하게 경이로운 재료가 아닐 수도 있다. 이미지 크레디트: 자연 합성 ( CC BY 4.0 )
