In seiner reinsten Form benötigt Gold typischerweise Temperaturen von 1.948 Grad Fahrenheit (1.064 Grad Celsius), um sich zu verflüssigen. Nun ist ein Forscherteam der Chalmers University of Technology in Schweden möglicherweise auf eine Möglichkeit gestoßen, das Edelmetall bei Raumtemperatur zu schmelzen.
Für diejenigen, die sich über die Physik hinter dem Phänomen des Schmelzens nicht im Klaren sind, hier ein kurzes Tutorial. Feststoffe können, wie Sie vielleicht wissen, Größe und Form unter konstanten Bedingungen beibehalten, da ihre Atome oder Moleküle nicht genug Energie haben, um sich auseinanderzuziehen. Wenn eine externe Energiequelle eingeführt wird, werden die Moleküle angeregt und die enge Struktur bricht zusammen, sodass sie sich frei bewegen können. Dies führt zu einem Zustandswechsel von fest zu flüssig oder zu dem, was wir als Schmelzen bezeichnen. Forscher verwenden meistens Wärme oder in einigen Fällen Druck, um die Änderung auszulösen. Dem schwedischen Team gelang es jedoch, das Kunststück mit einer anderen Energiequelle zu vollbringen – einem elektrischen Feld.
Für ihre Studie legten Dr. Ludvig de Knoop und sein Team eine Goldprobe unter ein Elektronenmikroskop (EM). Im Gegensatz zu optischen Mikroskopen, die auf sichtbares Licht angewiesen sind, verwenden EMS einen Strahl beschleunigter Elektronen als Beleuchtungsquelle, wodurch sie stark genug sind, um einzelne Atome zu sehen. Um zu untersuchen, ob das elektrische Feld Auswirkungen auf die Moleküle des Metalls hatte, erhöhten die Forscher seine Intensität allmählich, während sie die höchste Vergrößerung verwendeten.
„Wir wollten sehen, was mit Gold passiert, wenn es unter dem Einfluss eines extrem hohen elektrischen Feldes steht“, sagte de Knoop gegenüber Newsweek. „Ein bekannter Effekt bei der Anwendung solch hoher elektrischer Felder auf Metalle ist, dass sie verdampfen, dh vom festen Metall abkochen.“
Bei der Untersuchung der Atome in Aufnahmen aus der EM bemerkte de Knoop etwas sehr Unerwartetes – die Oberflächenschichten der Goldprobe waren geschmolzen, obwohl das Experiment bei Raumtemperatur durchgeführt worden war. Die Änderung konnte leicht rückgängig gemacht werden, indem einfach das elektrische Feld ausgeschaltet wurde.
“ Erst später, als wir die Daten und die aufgenommenen Filme analysierten, wurde uns klar, dass wir etwas Neues und Spektakuläres erlebt hatten „, sagte de Knoop. „Die große Überraschung bei unserer Arbeit war, dass die äußersten paar atomaren Oberflächenschichten von Gold geschmolzen sind, bevor sie verdampfen.“
Die Forscher, die ihre Ergebnisse am 22. August 2018 in der Fachzeitschrift Physics Review Materials veröffentlichten, glauben, dass das elektrische Feld dazu führte, dass die Goldatome angeregt wurden und ihre Struktur verloren, wodurch die starke Bindung zwischen ihnen unterbrochen wurde. De Knoop sagte jedoch: „Es ist wichtig zu beachten, dass nur die 2-3 äußersten Atomschichten das elektrische Feld erfahren, weiter im Goldkegel ist das elektrische Feld Null und die Atome sind geordnet und strukturiert in ihrer üblichen Weise. Dies ist ein wichtiger Unterschied zum Schmelzen von Gold durch Erhöhen der Temperatur.“
Obwohl die Technik weiter untersucht werden muss, glaubt das Team, dass sie dazu beitragen könnte, das Gebiet der Materialwissenschaften zu revolutionieren und zahlreiche Anwendungen bei der Entwicklung von Nanogeräten wie Sensoren, Katalysatoren und Transistoren zu haben. „Es könnte auch Möglichkeiten für neue Konzepte für kontaktlose Komponenten geben“, sagte Studienkoautor Professor Eval Olsson.