Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hybridmaterial ersetzt Blattgold

18.06.2013
Forscher um Professor Raffaele Mezzenga haben ein Hybridmaterial aus Gold und Milchproteinen geschaffen, das wie eine hauchdünne Goldfolie aussieht. Dank ihrer Eigenschaften könnte sie für Anwendungen von der Gastronomie bis hin zur Schmuckindustrie interessant sein.

Die Idee für ein «Goldpapier» kam Raffaele Mezzenga, Professor für Lebensmittel und weiche Materialien, vor einem Jahr. Damals arbeitete seine Gruppe an einem aussergewöhnlichen Hybridmaterial, einer hauchdünnen, papierartigen Mischung aus Graphen und Proteinfasern.

Das Rezept ist universell anwendbar und relativ einfach: Man mischt in wässriger Lösung faserartige Objekte mit plättchenförmigen Gebilden und filtriert dieses Gemisch mithilfe eines Vakuums. Plättchen und Fasern lagern sich zusammen und bleiben auf dem Filter als dünner Film zurück. Von einem neuartigen Hybridmaterial mit einem Metall anstelle des Kohlenstoffs erhoffte sich der ETH-Professor breite Anwendbarkeit und – im Fall des Goldes – tiefere Kosten für verschiedene Anwendungen.

So setzte Mezzenga seine Mitarbeiter Chaoxu Li und Sreenath Bolisetty darauf an, eine Art Blattgold aus Proteinfasern und Goldplättchen zu erzeugen. Dazu mussten die Forschenden erst die Fasern herstellen, in dem sie ein von Natur aus kugeliges Milchprotein, das sogenannte Beta-Lactoglobulin, mit Hilfe von Hitze und Säure in eine gestreckte Form brachten. Wie alle Proteine bestehen auch Milchproteine aus einer Kette von zahlreichen Einzelbausteinen, den Aminosäuren. Unter natürlichen Bedingungen bilden die Ketten komplexe und kompakte Strukturen. Hitze oder Chemikalien brechen diese Strukturen auf, sodass sich die Ketten fadenartig ausbreiten.

Einkristalle verbinden sich mit Protein
Mehrere dieser Milchproteinfäden lagern sich schliesslich selbstorganisierend zu dickeren, spiralig verdrehten Fasern zusammen. In die saure Lösung mit den Fasern gaben die Forscher Gold in Form eines Salzes. Die Proteinfasern erlauben es dem Gold, sich in kleinen Plättchen von einem Mikrometer Durchmesser und 100 Nanometern Dicke neu zu formieren. Das Gold wächst als so genannter Einkristall, in welchem die Gold-Ionen ein Kristallgitter ohne jegliche Defekte bilden.
Goldplättchen und Fasern lagern sich danach schichtartig aneinander. Die dünne Folie, welche nach dem Filtrieren zurückbleibt, entsteht nach dem gleichen Prinzip wie Papier aus Cellulose. Das neuartige Hybridmaterial ist sehr stabil, ändert aber bei Wasserkontakt seine physikalischen und optischen Eigenschaften.

Goldpapier vergoldet exklusive Esswaren
Eine erste potenzielle Anwendung sieht Raffaele Mezzenga in der Gastronomie. Seit langem ist reines Gold als Lebensmittelzusatz E-175 zugelassen und wird dazu verwendet, Desserts, Drinks und sonstige speziell zubereitete Esswaren zu dekorieren. Weil das neue Hybridmaterial aus Gold und Nahrungsproteinen besteht, sieht der Forscher kein Hindernis, dieses für kulinarische Zwecke einzusetzen und dadurch die Kosten, die für den Gebrauch von reinem Gold anfallen, deutlich zu senken.

Noch interessanter sind die ungewöhnlichen optischen Eigenschaften des «Goldpapiers» gerade deshalb, weil das Gold als Einkristall vorliegt. Diese Eigenschaften verändern sich beispielsweise je nach pH-Wert. So könnte das Hybridmaterial zu Säuremessungen in Sensoren verwendet werden. Das «Papier» ist je nach Zusammensetzung auch unterschiedlich leitfähig und empfiehlt sich auch für Anwendungen in der Mikroelektronik.
Material macht Unterschied
Weil das Goldpapier oberflächlich kaum von Blattgold zu unterscheiden ist – es hat Glanz und Farbe von Gold -, dürfte es auch für die Uhren- und Schmuckindustrie interessant sein. Diese könnten mit der Protein-Goldfolie ihren Bedarf für das Edelmetall senken. Um Blattgold zu imitieren, braucht es für das Hybridmaterial lediglich einen Anteil von einem Drittel Gewichtsprozent Gold. Für das Vergolden von beispielsweise Zahlen auf Ziffernblättern von Armbanduhren wäre das neue Produkt deshalb prädestiniert. «Wenn man sich vor Augen führt, was pures Gold kostet, macht dieses neue Material einen echten Unterschied», sagt der ETH-Professor. Es könne einerseits helfen, den weltweiten Goldbedarf zu senken und damit auch den Druck auf natürliche Vorkommen zu verringern. Andererseits erweitere dieses Hybridmaterial die Anwendungsbereiche von Gold.
Die Forscher haben ihre Erfindung zum Patent angemeldet. Mezzenga hofft, dass die Industrie am neuen Material Interesse zeigt: «Gold ist ein heikles Thema. Das Potenzial für Anwendungen ist jedoch hoch.»

Li C, Bolisetty S and Mezzenga R (2013). Hybrid Nanocomposites of Gold Single-Crystal Platelets and Amyloid Fibrils with Tunable Fluorescence, Conductivity, and Sensing Properties. Adv. Mater. doi: 10.1002/adma.201300904

Franziska Schmid | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ventile für winzige Teilchen
23.05.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Superkondensatoren aus Holzbestandteilen

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Schaltschrank-Plattform für die Energiewelt

24.05.2018 | Messenachrichten

Geregelter Nano-Aufbau

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics