Förgyllning är processen att belägga intrikata artefakter med ädla metaller. Forntida egyptier och kineser belade sina skulpturer med tunna metallfilmer med förgyllning - och dessa gyllene skulpturer har motstått korrosion, ha på sig, och miljöförstöring i tusentals år. Tutankhamons mellersta och yttre kistor, till exempel, är bladguld förgyllda, liksom många andra antika skatter.

I en ny studie, Sameh Tawfick, en biträdande professor i mekanisk vetenskap och teknik vid University of Illinois i Urbana-Champaign, inspirerad av denna gamla process, har lagt till ett enda lager av kolatomer, känd som grafen, ovanpå metallblad — fördubbling av förgyllningens skyddande kvalitet mot slitage.

Studien, "Förgyllning med grafen:snabb kemisk ångavsättningssyntes av grafen på tunna metallblad, " publiceras i tidskriften Avancerade funktionella material . Forskarna belade tunna metallblad av palladium med ett enda lager grafen.

Metallblad, eller folier, erbjuder många fördelar som skalbart beläggningsmaterial, inklusive deras kommersiella tillgänglighet i stora rullar och deras jämförelsevis låga pris. Genom att binda ett enda lager grafen till bladen, Tawfick och hans team visade oväntade fördelar, inklusive förbättrat mekaniskt motstånd. Deras arbete ger spännande möjligheter för skyddande beläggningsapplikationer på stora strukturer som byggnader eller fartygsskrov, metallytor på hemelektronik, och små dyrbara artefakter eller smycken.

"Att lägga till ytterligare ett lager grafenatomer på palladium gjorde det dubbelt så motståndskraftigt mot fördjupningar än bara de bara bladen, ", sa Tawfick. "Det är också väldigt attraktivt ur ett kostnadsperspektiv. Mängden grafen som behövs för att täcka de förgyllda strukturerna i Carbide &Carbon Building i Chicago, till exempel, skulle vara storleken på ett stifts huvud."

Dessutom, teamet utvecklade en ny teknik för att odla grafen av hög kvalitet direkt på ytan av 150 nanometer tunna palladiumblad – på bara 30 sekunder. Genom att använda en process som kallas kemisk ångavsättning, där metallbladet bearbetas i en 1, 100°C ugn, det kala palladiumbladet fungerar som en katalysator, så att gaserna kan reagera snabbt.

"Kemisk ångavsättning av grafen kräver en mycket hög temperatur, som kan smälta bladen eller få dem att pärla ihop sig genom en process som kallas för avvätning i fast tillstånd, sa Kaihao Zhang, Ph.D. kandidat i MechSE och huvudförfattare till studien. "Processen vi utvecklade avsätter grafen tillräckligt snabbt för att undvika nedbrytning vid hög temperatur, det är skalbart, och den producerar grafen av mycket hög kvalitet."