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Sonntag, 11.12.2016
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Forscher erzeugen ersten Schaumstoff aus Gold

Neuartiges Material ist tausendmal leichter als massives Gold

Schwimmt sogar in Milch: Forscher haben erstmals einen Schaumstoff aus Gold hergestellt – die bisher leichteste Form dieses Edelmetalls. Der Gold-Schaumstoff unterscheidet sich mit bloßem Auge betrachtet kaum von massivem Gold, ist aber tausendmal leichter als dieses. Das verblüffend simple Herstellungsverfahren erlaubt es zudem, die Farbe und optischen Eigenschaften dieses Goldschaumstoffs gezielt zu verändern.
Der Gold-Schaumstoff ist so leicht, dass er auf einer Feder schwebt.

Der Gold-Schaumstoff ist so leicht, dass er auf einer Feder schwebt.

Es erscheint wie ein Trick oder eine optische Täuschung: Oben auf einer Tasse mit Cappuccino schwimmt ein Nugget aus purem Gold. Der Milchschaum wird vom Metall kaum eingedrückt. Eigentlich ist das unmöglich, denn das Edelmetall ist normalerweise eher ein Schwergewicht. Doch das schwimmende Gold im Labor von Raffaele Mezzenga und seinen Kollegen von der ETH Zürich ist real. Ihnen ist es gelungen eine neue Art Schaumstoff aus Gold herzustellen.

Tausendmal leichter als Gold


Mit bloßem Auge ist die neue Gold-Form kaum von herkömmlichem Gold zu unterscheiden – auch das sogenannte Aerogel glänzt metallisch. Im Unterschied zur herkömmlichen Form ist es jedoch weich und von Hand verformbar. Kein Wunder: Der Schaumstoff besteht aus einem dreidimensionalen Goldgeflecht, das zu 98 Teilen aus Luft, nur zu zwei Teilen aus festem Material zusammengesetzt ist.

Der Gold-Schaumstoff schwimmt auf Milchschaum - und sieht doch aus wie ein massives Nugget.

Der Gold-Schaumstoff schwimmt auf Milchschaum - und sieht doch aus wie ein massives Nugget.

Das erklärt auch sein geringes Gewicht: "Das Aerogel ist tausendmal leichter als ein herkömmliches Goldnugget. Es ist leichter als Wasser und beinahe so leicht wie Luft", sagt Mezzenga. Bei dem Goldnugget aus Schaumstoff handelt es sich damit um den leichtesten je geschaffenen Goldklumpen. Er entspricht etwa 20 Karat Gold.


Gerüst aus Protein-Nanofasern


Halt gibt dem Gold-Schaumstoff ein Gerüst aus Milchprotein-Fasern. Um diese herzustellen, erhitzten die Forscher Milchproteine und zogen daraus Nanofasern, sogenannte amyloide Fibrillen. Diese Fasern gaben sie dann in eine Lösung aus Goldsalz. Darin vernetzten sich die Proteinfasern zu einem Grundgerüst, entlang dessen das Gold zu kleinen Partikeln auskristallisierte. Durch diese neue Methode entstand auf relativ einfache Weise ein gleichmäßiges, gelartiges Goldfasernetz, das dann mit Kohlendioxid getrocknet wurde.

Der große Vorteil: Die Eigenschaften des Goldschaumstoffs lassen sich leicht beeinflussen. "Die optischen Eigenschaften von Gold hängen stark von der Größe und Form der Goldpartikel ab", erklärt Gustav Nyström. Lässt man das Gold nicht zu Mikropartikeln sondern zu kleineren Nanopartikeln auskristallisieren, entsteht beispielsweise dunkelrotes Gold. Aber auch weitere optische Eigenschaften wie die Absorption und Reflexion können die Wissenschaftler auf diese Weise gezielt verändern.

Reflektor, Katalysator oder Drucksensor


Für den neuen Gold-Schaumstoff sehen die Forscher mehrere Anwendungsmöglichkeiten, denn das geringe Gewicht und der poröse Aufbau sind ein großer Vorteil. So könnte das Material überall dort zum Einsatz kommen, wo Licht absorbiert oder reflektiert werden soll und ein sehr leichtes Material benötigt wird. Auch für die chemische Katalyse wäre der Gold-Schaumstoff geeignet. Da das hochporöse Material eine riesige Oberfläche hat, laufen darin von Gold abhängige chemische Reaktion sehr effizient ab.

Und schließlich kann man daraus Drucksensoren herstellen. "Bei normalem Luftdruck berühren sich die einzelnen Goldpartikel im Material nicht, das Goldaerogel leitet Strom nicht", erklärt Mezzenga. "Wird der Druck jedoch erhöht, das Material quasi zusammengepresst, beginnen sich die Partikel zu berühren, das Material wird leitfähig." (Advanced Materials, 2015; doi: 10.1002/adma.201503465)
(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich), 25.11.2015 - NPO)
 
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