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Goldschaum

Der goldene Schaumstoff ist so leicht, dass er nicht einmal auf Milchschaum einsinkt. 
Bild: Nyström und Mezzenga / ETH Zürich

Fast so leicht wie Luft: ETH-Forscher kreieren Schaumstoff aus echtem Gold



Wenn ein Nugget aus echtem Gold in einer Tasse Cappuccino auf dem Milchschaum schwimmt, ist Magie im Spiel – oder ein Forscherteam der ETH. Wissenschaftler unter der Leitung von Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien, haben eine neue Art Schaumstoff aus Gold hergestellt – ein dreidimensionales Goldgeflecht, das zu einem Grossteil aus Poren besteht.

«Das sogenannte Aerogel ist tausendmal leichter als ein herkömmliches Goldnugget. Es ist leichter als Wasser und beinahe so leicht wie Luft.»

Professor Raffaele Mezzenga

Es handle sich um den leichtesten je geschaffenen Goldklumpen, heisst es in einer Mitteilung der ETH. «Das sogenannte Aerogel ist tausendmal leichter als ein herkömmliches Goldnugget. Es ist leichter als Wasser und beinahe so leicht wie Luft», sagt Mezzenga. Die ETH-Forscher veröffentlichten ihre Studie im Fachmagazin Advanced Materials

Weich und verformbar

Das superleichte Gold ist von blossem Auge kaum vom herkömmlichen Edelmetall zu unterscheiden. Es glänzt ebenfalls metallisch. Das Schaumstoff-Gold ist aber im Gegensatz zu normalem Gold weich und lässt sich von Hand verformen. Das liegt daran, dass es zu 98 Prozent aus Luft besteht und nur zu 2 Prozent aus festem Material. Letzteres besteht wiederum zu gut vier Fünfteln aus Gold, der Rest aus Milchprotein-Fasern. 

Gold-Schaumstoff

Extrem leicht: Das Gold-Nugget schwebt sogar auf einer Feder.
Bild: Nyström und Mezzenga / ETH Zürich

Um den porösen Stoff herzustellen, erhitzten die Forscher zuerst Milchproteine. So erhielten sie Proteinfasern im Nanometerbereich (amyloide Fibrillen). Die Fasern wurden darauf in eine Lösung aus Goldsalz gegeben, in der sie sich zu einem Grundgerüst vernetzten. Zugleich kristallisierte sich das Gold entlang dieses Gerüsts zu kleinen Partikeln aus. Auf diese Weise entstand ein gelartiges Goldfasernetz. 

«Wir können daher die Farbe des Materials verändern. Wenn wir dafür sorgen, dass das Gold nicht zu Mikropartikeln, sondern zu kleineren Nanopartikeln auskristallisiert, entsteht dunkelrotes Gold.»

Oberassistent Gustav Nyström

Neu an dieser Methode ist, dass die Goldpartikel direkt bei der Herstellung des Aerogel-Proteingrundgerüsts auskristallisieren und nicht zu einem bereits bestehenden Grundgerüst hinzugegeben werden. Der Vorteil: Die Methode erlaubt es, auf einfache Art ein Gold-Aerogel herzustellen. 

Dunkelrotes Gold

Ausserdem biete die Herstellungstechnik den Wissenschaftlern viele Möglichkeiten, auf einfache Weise die Eigenschaften des Goldes bewusst zu beeinflussen, heisst es in der Mitteilung weiter. «Die optischen Eigenschaften von Gold hängen stark von der Grösse und Form der Goldpartikel ab», erklärt Oberassistent Gustav Nyström.

Ein Schaum aus Proteinfäden (amyloiden Fibrillen) ohne Gold (oben), mit Gold-Mikropartikeln (Mitte) und Gold-Nanopartikeln (unten).

Ein Schaum aus Proteinfäden ohne Gold (oben), mit Gold-Mikropartikeln (Mitte) und Gold-Nanopartikeln (unten).
Bild: Nyström G et al. Advanced Materials 2015

«Wir können daher die Farbe des Materials verändern. Wenn wir dafür sorgen, dass das Gold nicht zu Mikropartikeln, sondern zu kleineren Nanopartikeln auskristallisiert, entsteht dunkelrotes Gold.» Die Forscher können auf diese Weise nicht nur die Farbe beeinflussen, auch weitere optische Eigenschaften wie die Absorption und Reflexion können so verändert werden. 

Das neue Material könne dort zum Einsatz kommen, wo bereits heute Gold gebraucht werde, sagt Mezzenga. So seien das geringere Gewicht, der kleinere Materialbedarf oder der poröse Aufbau vorteilhafte Eigenschaften des Stoffes. Auf der Hand liegt der Einsatz in Uhren und Schmuck, doch dies ist nur eine Möglichkeit. Eine weitere Anwendung ist die chemische Katalyse: Da das hochporöse Material eine riesige Oberfläche hat, laufen darin von der Anwesenheit von Gold abhängige chemische Reaktion sehr effizient ab.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit bestehe da, wo Licht absorbiert oder reflektiert werden soll. Und schliesslich könne 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.» (dhr)

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