Leichtgold – aus Plastik hergestellt
Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) hatten vor einiger Zeit bereits eine neue Form von Gold hergestellt – fünf- bis zehnmal leichter als herkömmliches 18-Karat-Gold. Nun ist ihnen ein weiterer Clou gelungen, indem sie die Dichte noch einmal deutlich verringern konnten.
Es sieht aus wie Gold, besteht aber nur zu einem Teil aus dem edlen Metall. Eine Plastikmatrix macht es möglich.
Foto: ETH Zürich
Gold glänzt und begeistert zahlreiche Menschen. Hinzu kommt: Das hochwertige Metall gilt als sicheres Anlageobjekt. Im Gegensatz zu Geld kann es nicht beliebig vermehrt werden. Es gelangt nur begrenzt in den Markt, gleichzeitig ist es stark gefragt. Das sorgt für einen hohen Preis. Gold gibt es seit Jahrtausenden, deshalb wird es gern als krisensicher beschrieben, da es Kriege, Währungsreformen und wirtschaftlichen Konjunkturtiefen getrotzt hat. Gold gilt aber nicht nur als sichere Geldanlage, sondern erfreut sich nach wie vor großer Beliebtheit als Schmuck. Doch so eine schicke Uhr aus Gold ist auf Dauer am Handgelenk ganz schön unangenehm. Schließlich hat sie ein entsprechendes Gewicht. Forscher der ETH Zürich sind schon seit einiger Zeit auf der Suche nach Möglichkeiten, das Gewicht – und vor allem die Dichte des Goldes – deutlich zu verringern. Das ist ihnen nun gelungen.
Die ehemalige ETH-Postdoktorandin Leonie van ´t Hag hat die Möglichkeit erforscht, Gold aus anderen Materialien herzustellen. Dafür nutzte sie das Labor von Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien. Sie verwendete zu drei Viertel Gold und zu einem Viertel Kupfer. Das Ergebnis: Die Dichte lag bei rund 15 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) und damit war diese neue Form des Goldes fünf- bis zehnmal leichter als traditionelles 18-Karat-Gold.
Mit Druck, CO2 und Wärme Leichtgold herstellen
Mit diesem Ergebnis gaben sich die Forscher allerdings noch nicht zufrieden. Gemeinsam mit weiteren Kollegen forschten sie an einem möglichen Leichtgold. Mit Erfolg: Sie entwickelten eines mit einer Dichte von 1,7 g/cm³. Das gelang ihnen mit dem Einsatz von Proteinfasern und Latexpolymer anstelle des Kupfers, das sie noch zuvor verwendet hatten. Die beiden Fasern bilden gemeinsam eine sogenannte Matrix. In sie lassen sich plättchenartige Nanokristalle aus Gold integrieren. Die zahlreichen Lufteinschlüsse, die das Gold zudem enthält, sind so klein, dass sie mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.
Die Wissenschaftler legten die Proteinfasern und das Latexpolymer ins Wasser. Damit erzeugten sie eine Dispersion, also ein heterogenes Gemisch aus zwei Stoffen. Hinzu gaben sie Salz und verwandelten die Dispersion so in Gel. In einem nächsten Schritt ersetzten sie das Wasser durch Alkohol. Das Gemisch gaben sie in eine Druckkammer. Hier wurde es hohen Drücken und einer superkritischen CO2-Atmosphäre ausgesetzt. Dadurch konnten sich Alkohol und Gas vermischen. Nach Absenkung des Drucks entstand aus dem Gemisch ein gleichmäßiges, luftiges Aerogel. Im Anschluss führten die Forscher Wärme hinzu. Das Ergebnis: Die Kunststoffpolymere wurden ausgeglüht, wodurch sich das Material erneut verändert. Es kann nun in die gewünschte endgültige Form verdichtet werden. Die 18-Karat-Zusammensetzung bleibt dabei erhalten.
Härte und Farbe des Plastikgoldes lassen sich beeinflussen
Das neue Material schimmert wie Gold aus Metall. Es lässt sich ebenso polieren und bearbeiten. Sobald man es allerdings auf einen harten Gegenstand fallen lässt, klingt es wie Plastik.
„Dieses Gold hat Materialeigenschaften eines Plastiks“, sagt Raffaele Mezzenga.
Verändern die Wissenschaftler die Zusammensetzung des Goldes, können sie auch die Härte des Materials beeinflussen. Es ist denkbar, auch andere Kunststoffe wir Polypropylen als Trägermaterial zu verwenden. Dieser Kunststoff verflüssigt sich bei einer speziellen Temperatur. Dadurch ließe sich das Schmelzen von Gold nachahmen, allerdings bei viel geringeren Temperaturen. Je nach Wahl der Gold-Nanopartikel kann man auch die Farbe beeinflussen. Gold-Nanoplättchen sorgen für den typischen Goldschimmer, während kugelige Gold-Partikel einen violetten Farbton erzeugen.
„Grundsätzlich können wir mit unserem Ansatz fast beliebige Arten von Plastikgold kreieren, je nachdem, welche Eigenschaft gefragt sind“, so Mezzenga.
Nach Einschätzung des Wissenschaftlers sind die Anwendungsgebiete für das Gold aus Plastik vor allem die Herstellung von Uhren und Schmuck. Darüber hinaus eigne es sich auch für die chemische Katalyse, Elektronikanwendungen oder zur Abschirmung radioaktiver Strahlung. Zuvor hatten Wissenschaftler um Raffaele Mezzenga bereits ein so leichtes Gold entwickelt, dass sogar auf dem Schaum eines Cappuccinos schwamm.
„Das Material war allerdings zu wenig stabil und konnte nicht weiterverarbeitet werden. Dieses Mal hatten wir uns aber zum Ziel gesetzt, ein leichtes Gold zu schaffen, das in den meisten Anwendungen, wo heute Gold gebraucht wird, verwendet werden kann“, erklärt Mezzenga.
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