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Ein 18-Karat-Goldnugget aus Kunststoff

Werkstoffe
Ein 18-Karat-Gold-Nugget auf Basis von Kunststoff

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Sieht aus wie solides Gold: 18-Karat-Gold mit Plastikmatrix (Bild: ETH Zürich)
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Forscher stellten 18-karätiges Gold her, das sehr leicht ist. Grundlage ist eine Matrix aus Kunststoff, die metallische Legierungselemente ersetzt. Anwendungsgebiete sind die Herstellung von Uhren und Schmuck – aber auch Elektronikanwendungen oder die Abschirmung von radioaktiver Strahlung.

Liebhaber von Golduhren und schwerem Schmuck können sich freuen. Die Objekte ihrer Begierde könnten bald viel leichter werden und trotzdem edel glänzen. .

Leonie van ‘t Hag, ehemalige Postdoktorandin am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie an der ETH Zürich hat im Rahmen ihrer Arbeiten im Labor von Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien, eine neue Form von Gold geschaffen, die fünf-bis zehnmal leichter ist als traditionelles 18-Karat-Gold. Dieses besteht üblicherweise zu drei Vierteln aus dem Element Gold und zu einem Viertel aus Kupfer. Seine Dichte liegt bei rund 15 g/cm3.

Leichtes 18-Karat Gold

Nicht so das neue Leichtgold. Dessen Dichte beträgt nur 1,7 g/cm3. Trotzdem ist es 18-Karat-Gold. Der Grund für diese wundersame Leichtigkeit: Die Wissenschaftler Van’t Hag, Mezzenga und Kollegen verwendeten Proteinfasern und ein Latexpolymer anstelle eines metallenen Legierungspartners. Diese Fasern bilden die Matrix, in die plättchenartige Gold-Nanokristalle eingebettet sind. Zudem enthält das Leichtgold zahlreiche winzige Lufteinschlüsse, die für das Auge nicht erkennbar sind.

Das Rezept für die neue Leichtigkeit des Goldes: Die Forschenden geben die Zutaten in Wasser und erzeugen eine Dispersion. Diese versetzen sie mit einem Salz und verwandeln dadurch die Dispersion in ein Gel, bei welchem sie in einem nächsten Schritt das Wasser durch Alkohol ersetzen. In einer Druckkammer hohen Drücken und einer superkritischen CO2-Atmosphäre ausgesetzt, können sich der Alkohol und das Gas mischen. Sobald die Forscher den Druck entlasten, verwandelt sich das Gemisch in ein gleichmäßiges luftiges Aerogel. Anschließend können die Kunststoffpolymere durch Wärmezufuhr ausgeglüht werden. Dadurch wandelt sich das Material erneut um und wird in die gewünschte endgültige Form verdichtet, wobei die 18-Karat-Zusammensetzung erhalten bleibt.

Gold mit Eigenschaften eines Kunststoffs

Das Gold hat die Materialeigenschaften eines Kunststoffs. Die Forscher nennen es daher „Plastikgold“. Lässt man ein Stück davon auf eine harte Tischplatte fallen, klingt es wie Kunststoff. Es schimmert jedoch wie metallenes Gold, und lässt sich polieren und bearbeiten, um es in die richtige Form zu bringen.

Die Forschenden können auch die Härte des Materials einstellen, indem sie die Zusammensetzung des Goldes verändert. Anstelle von Latex ist auch möglich, andere Kunststoffe wie Polypropylen als Trägermaterial zu verwenden. Da sich Polypropylen bei einer spezifischen Temperatur verflüssigt, kann „Plastikgold“ mit diesem Kunststoff das Schmelzen von Gold imitieren, aber bei viel tieferen Temperaturen.

Durch die Wahl der Gold-Nanopartikel lässt sich außerdem die Farbe ändern: Nanoplättchen aus Gold ergeben den typischen Goldschimmer. Kugelige Nanopartikel verleihen dem Material einen violetten Farbton. Grundsätzlich könnten mit dem Ansatz fast beliebige Arten von „Plastikgold“ kreieren, je nachdem welche Eigenschaften gefragt seien, sind die Forscher überzeugt.

Anwendungsgebiete für das „Plastikgold“ sind vor allem die Herstellung von Uhren und Schmuck. Es eignet sich aber auch für die chemische Katalyse, Elektronikanwendungen oder zur Abschirmung von radioaktiver Strahlung. Die Forschenden haben auf das Verfahren und das Material ein Patent angemeldet.

Kontakt:
ETH Zürich
Rämistr. 101
8092 Zürich
Schweiz
Telefon: +41 44 632 42 44
www.ethz.ch

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201908458

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