محلول کلوئیدی طلا و فارادی، چهره برتر نانوتکنولوژی

محلول کلوئیدی طلا نوعی سل یا سوسپانسیونی کلوئیدی از نانوذرات طلا درون فازی مایع (معمولاً آب) است که عموماً به رنگ قرمز لعل (برای ذرات با اندازه‌ی کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر) یا آبی/بنفش (برای ذرات با اندازه‌ی بزرگتر از صد نانومتر) یافت می‌شود. این نوع کلوئید به دلیل خواص نوری، الکترونیکی، و مولکولی خود سال‌ها مورد علاقه‌ی محققین و موضوعی موردعلاقه برای مطالعات علمی بوده و تا کنون نیز کاربرد‌های فراوانی در زمینه‌های مختلف یافته است.

محلول کلوئیدی طلا
نمونه‌ای از محلول کلوئیدی طلا

همانطور که قبلاً نیز گفته شد، انسان‌ها سال‌ها پیش و بدون داشتن اطلاعات علمی چشمگیر، از نانوذرات استفاده می‌کرده‌اند که نمونه‌ای از آن نیز جام لیکرگوس متعلق به قرن چهارم، دارای طلای کلوئیدی با خواص رنگی ویژه است؛ اما آغاز بررسی‌های علمی مدرن درباره‌ی محلول کلوئیدی طلا جز با آزمایشات مایکل فارادی در سال‌۱۸۵۶ رقم نخورد. در این سال، فارادی به طور تصادفی و در آزمایشگاهی زیرزمینی متعلق به انستیتو رویال، هنگام الصاق قطعاتی از ورقه‌های طلا به روی اسلایدهای میکروسکوپی، برای اولین بار موفق به ایجاد محلول لعلی رنگ شد.

خاصیت نوری محلول کلوئیدی طلا

فارادی سال‌های زیادی از عمر خود را صرف بررسی خواص  نور و ماده کرده بود. برای این کار او هزاران ورقه‌ی طلا را آماده کرده و خواص آن‌ها را از طریق تاباندن نور بررسی کرده بود. با این حال برای نازک‌کردن ورقه‌های طلا به حد شفافیت، لازم بود تا فارادی به جای ابزار مکانیکی از واسطه‌های شیمیایی استفاده کند (ورقه‌ی طلای تجاری با چکش‌کاری فلز حاصل می‌شود اما چنین ورقه‌هایی در مقایسه با ورقه‌ی موردنظر فارادی بسیار کلفت‌تر بودند).


مقاله مرتبط: شمشیر دمشقی: نانولوله کربنی در قرون وسطی


بخشی از این فرآیندهای شیمیایی شامل شستن ورقه‌های طلا بود. فارادی متوجه شده بود که پس از این عمل، مایع به جای مانده رنگ لعلی کم‌رنگی ایجاد می‌کند. لذا او نمونه‌هایی از این مایعات را در شیشه‌هایی جمع‌آوری کرده و از آن‌ها برای انجام آزمایشات مشابه استفاده کرد: آزمایش تاباندن لیزر به مایع. او نتیجه این آزمایش را در دفتر خود چنین گزارش کرده است:

«مخروط نوری توسط ذره‌های تشکیل‌دهنده، پخش شده و به خوبی نمایان می‌شود».

فارادی متوجه شد که این اثر مخروطی به علت وجود ذرات معلق طلا در مایع با اندازه‌ی بسیار ریزی بود که قابلیت پراکنش نور را داشتند اما با توجه به اندازه‌شان با ابزار نوری آن زمان قابل مشاهده نبودند. این پدیده که به عنوان «اثر فارادی-تیندال» شناخته می‌شود از جمله دلایلی است که فارادی را به عنوان یکی از اولین محققان درزمینه‌ی نانوتکنولوژی مطرح می‌کند.

محلول کلوئیدی طلا
اثر فارادی-تیندال

از جمله نکات عجیب درباره‌ی کلوئیدهای سنتزشده به دست فارادی این است که این کلوئیدها از نظر نوری همچنان فعال هستند؛ بدین معنی که امروزه نیز انجام آزمایشات فارادی توسط تاباندن لیزر مدرن به شیشه‌های فارادی و دریافت نتایج دقیقاً یکسان، یعنی مشاهده‌ی مخروط نوری ممکن است. عموم محلول‌های کلوئیدی با گذشت چند ماه یا نهایتاً چند سال از تولید آن، خواص خود را از دست می‌دهد، اما محلول‌های کلوئیدی فارادی امروزه بعد از گذشت ۱۵۰ سال همچنان خواص خود را دارا هستند و علت این پدیده  نیز باتوجه به عدم بررسی آن بدون ایجاد آسیب به بطری، مشخص نشده است. این محلول‌های کلوئیدی هم اکنون در آزمایشگاه زیرزمینی انستیتو رویال، در موزه‌ی فارادی نگهداری می‌شوند.

منابع

-The Royal Institution

-Discovering Discovery: How Faraday Found the First Metallic Colloid. Ruan D. Tweney. 2006

-Michael Faraday’s recognition of ruby gold: the birth of modern nanotechnology. Thompson D. 2007