Thỏi vàng nhẹ như không khí

Các nhà khoa học Thụy Sĩ đã tạo ra vàng ở dạng bọt rắn - dạng vật chất nhẹ nhất của các kim loại quý từng được chế tạo.

Miếng vàng nhẹ hơn cả bọt sữa. Ảnh: ETH Zurich

Theo công bố trên tạp chí Advanced Materials (Vật liệu tiên tiến) hôm 25/11, các nhà nghiên cứu từ ETH Zurich đã tổng hợp thành công một khối bọt vàng 20 carat, nhẹ đến mức nổi trên bề mặt lớp bọt sữa của cốc cà phê cappuchino.

Loại bọt vàng này nhẹ hơn hàng nghìn lần so với vàng khối thông thường ở cùng thể tích, nhưng lại gần như không thể phân biệt được bằng mắt thường.

"Loại bọt vàng này còn được gọi là aerogel (một dạng gel ở trạng thái hỗn hợp khí-rắn), nhẹ hơn hàng nghìn lần so với vàng thông thường, nhẹ hơn cả nước và nhẹ ngang với không khí", trưởng nhóm nghiên cứu – giáo sư Raffaele Mezzenga cho biết trên Phys Org.

Bọt vàng trông không khác gì so với thỏi vàng thông thường, nhưng lại rất mềm và dễ uốn bằng tay. 98% của bọt vàng là không khí, chỉ có 2% là từ một hỗn hợp rắn. Hỗn hợp rắn này chỉ chứa 80% là vàng, còn lại là sợi sữa.

Bọt vàng được tổng hợp bằng cách đun nóng sữa để hình thành các sợi protein ở kích thước nano mét. Những sợi này sau đó được nhúng vào dung dịch muối của vàng. Các sợi protein sẽ xen kẽ nhau thành một mạng lưới chứa những hạt vàng bị tinh thể hóa bên trong, dẫn đến một mạng lưới sợi và hạt vàng dạng gel.

"Một trong những thách thức lớn là làm thế nào để làm khô loại gel lưới sợi protein-vàng này mà không làm thay đổi cấu trúc của nó", tiến sĩ Gustav Nyström, một thành viên của nhóm nghiên cứu nói.

Vì sấy khô có thể làm hỏng cấu trúc bọt vàng, các nhà khoa học đã chọn một quá trình làm khô tinh tế và phức tạp hơn là sử dụng ôxít các-bon. Phương pháp này giúp cho các hạt vàng được kết tinh trực tiếp trong quá trình sản xuất các cấu trúc lưới sợi protein, tạo sự đồng nhất cao, có hình dáng và màu sắc giống hệt vàng kim loại thông thường.

Tính chất của bọt vàng cũng có thể được thay đổi bằng cách tác động tới quá trình chế tạo.

"Các tính chất quang học của bọt vàng phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và hình dạng của các hạt vàng," Nyström nói. "Vì vậy, chúng tôi có thể thay đổi màu sắc của bọt vàng bằng cách thay đổi các điều kiện phản ứng để quá trình tinh thể hóa tạo thành các hạt vàng với kích thước khác nhau. Bọt vàng do đó có thể có màu đỏ đậm như hoa hồng".

"Ở áp suất khí quyển bình thường các hạt vàng trong vật liệu không chạm vào nhau, nên bọt vàng không dẫn điện", Mezzenga nói. "Nhưng khi áp suất được tăng lên, nguyên liệu nén lại và các hạt bắt đầu tiếp xúc với nhau, làm cho vật liệu mang tính dẫn điện".

Vật liệu mới này có thể được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng hiện nay của vàng. Bọt vàng có ưu thế nhẹ, kích thước nhỏ và cấu trúc xốp, có thể ứng dụng trong chế tác đồng hồ, trang sức, làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học do có bề mặt tiếp xúc lớn, hoặc được sử dụng trong các thiết bị hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng. Ngoài ra, sự thay đổi độ dẫn điện theo áp lực rất có giá trị trong công nghiệp cảm biến và đo lường.

Mạng sợi protein màu xám khi không có hạt vàng (trên), màu vàng khi có hạt vàng kích thước micro mét (giữa), và màu đỏ thẫm khi có hạt vàng kích thước nano mét (dưới). Ảnh: Advanced Materials 2015.

Thanh Tùng