被低估的科技金屬——黃金

蘇一橫

在所有的金屬元素中，黃金或許是最受人們喜愛和追捧的那一個(gè)了，它很稀缺，很閃亮，很值錢。每當(dāng)人們談到黃金時(shí)，常常就等于談到了貨幣、財(cái)富或者珠寶。不過，如果有人問，黃金有什么科技價(jià)值，則很少有人知道。

實(shí)際上，在現(xiàn)代，黃金早已成為推動(dòng)科技發(fā)展的無價(jià)之寶，它們?cè)陔娮印⒔ㄖ?、航天以及醫(yī)療領(lǐng)域中都發(fā)揮了巨大的作用?？梢哉f，科技領(lǐng)域中的黃金，遠(yuǎn)比倉(cāng)庫(kù)里的儲(chǔ)備金或者商場(chǎng)里的金飾品更加珍貴。

高端電子產(chǎn)品的首選材料

黃金因?yàn)橄∩俣@得珍貴，然而，大多數(shù)人并沒有覺察到，在生活中，黃金其實(shí)到處都有，它就隱藏在人們身邊的電子產(chǎn)品中?？茖W(xué)家就曾做過估計(jì)，一部蘋果智能手機(jī)中約含有0.034克黃金。

那么，黃金在電子產(chǎn)品中發(fā)揮什么樣的作用呢？我們知道，電子產(chǎn)品是由大大小小的電子元件和電路板組成的“整體”，而電子元件和電路板又由無數(shù)的導(dǎo)線、開關(guān)、焊接點(diǎn)或者插銷連接起來，這就要用到金屬導(dǎo)體，比如金、銀和銅。金的導(dǎo)電性稍遜于銀和銅。不過，在電子行業(yè)飛速發(fā)展的今天，人們對(duì)于電子產(chǎn)品的要求越來越高。比如，手機(jī)和電腦的重量要更輕，外觀要更小巧，電子信號(hào)的傳遞要更暢通，其他性能也要更穩(wěn)定、更可靠。面對(duì)更高的要求，金就顯示出了相對(duì)于銀、銅的巨大優(yōu)勢(shì)。

首先，黃金是柔韌的金屬，延展性非常好。1克黃金可以拉長(zhǎng)成為4000米長(zhǎng)的金絲，由1噸黃金拉成的細(xì)絲的長(zhǎng)度，等于從地球到月球來回5次的距離。高級(jí)電子產(chǎn)品想要變輕、變小，那么電子線路就要做得精密，某些部位需要用極細(xì)的導(dǎo)線連接起來。如果用鐵、銅、鋁等金屬材料制作導(dǎo)線，根本拉不到足夠細(xì)，導(dǎo)線就斷了，而金導(dǎo)線則不會(huì)出現(xiàn)這種問題。

黃金在電子產(chǎn)品中發(fā)揮了巨大的作用

其次，要表?yè)P(yáng)一下金的穩(wěn)定性。為了讓智能手機(jī)或高端電腦適應(yīng)各種工作環(huán)境，它們的內(nèi)部線路會(huì)經(jīng)受高溫、低溫、濕氣以及腐蝕性污染物的考驗(yàn)，最需要的就是穩(wěn)定。金、銀、銅都是優(yōu)秀的導(dǎo)體，但金的穩(wěn)定性遠(yuǎn)勝過后兩者。比如熱穩(wěn)定性，黃金的熔點(diǎn)高達(dá)1064.43℃，科學(xué)測(cè)試表明，在-55℃～200℃之間，金一直具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性。

又比如耐腐蝕性和耐氧化性，黃金是惰性金屬，歷來不怕酸堿，而且俗話說，“真金不怕火煉”，即使黃金被熔化，它降溫凝固之后仍然是純金。既然熔化時(shí)都不會(huì)氧化，那么在電子產(chǎn)品中就更不會(huì)被氧化了。而電路板中的細(xì)導(dǎo)線，如果使用鐵、銅、鋁等金屬材料做，就算可以做那么細(xì)，也容易被腐蝕、氧化，時(shí)間長(zhǎng)還是會(huì)斷掉。為了防止因腐蝕、氧化而造成接觸不良，高端電子元件的管腳即使是用銅、鐵來做，也會(huì)在表面鍍上一層黃金。

高科技工程的涂層

黃金的延展性、導(dǎo)電性和防腐性使它成為制作高規(guī)格電子元件的首選材料，基于同樣的原因，黃金還廣泛應(yīng)用于高科技工程及嚴(yán)酷環(huán)境當(dāng)中，包括航天工程、太空探索和建筑工程等。

我們還是先從延展性說起，柔韌的黃金既可以拉成細(xì)絲，也可以制作成極薄的金箔或薄膜。比如，通過捶打或軋制，1克黃金能延展成1平方米的金箔，50萬張這樣的金箔疊起來也只有1厘米厚。又比如，制造黃金薄膜的方法是“真空鍍膜”，也就是在真空條件下加熱黃金，使之汽化，然后冷卻凝固到工程設(shè)備表面的一種工藝。

在航天器上涂上一層黃金涂層可以保護(hù)航天器免受輻射的破壞

在航天工程中，黃金首先可以作為潤(rùn)滑劑來使用。航天器都有著極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，比如溫度控制系統(tǒng)、衛(wèi)星搭載系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、太陽能電池帆板系統(tǒng)以及光學(xué)儀器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，系統(tǒng)內(nèi)部以及不同系統(tǒng)之間需要通過軸承、轉(zhuǎn)盤等機(jī)械來支撐、連接。在太空環(huán)境中，機(jī)械所用的傳統(tǒng)有機(jī)潤(rùn)滑劑會(huì)變得非常不穩(wěn)定，并且容易分解，如果使用以穩(wěn)定的黃金為主要成分制作的固體潤(rùn)滑劑，則可以滿足航天器在太空苛刻條件下的潤(rùn)滑需求。所謂黃金制成的固體潤(rùn)滑劑，就是用非常薄的黃金薄膜覆蓋在運(yùn)動(dòng)機(jī)械的表面，從而起到了潤(rùn)滑劑的作用。

黃金還可以給航天器提供輻射保護(hù)。這是由于黃金具備非常獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，它可以吸收紫外光和可見光，但對(duì)于紅外光的反射能力接近100%。在太空工作的航天器由于沒有大氣的保護(hù)，會(huì)受到來自太陽和其他恒星的輻射。利用黃金來反射太空中的紅外輻射，則可以保護(hù)航天器以及航天員免受紅外輻射的傷害。比如，在航天器表面噴鍍一層很薄的黃金涂層，則可以大幅度降低航天器內(nèi)部的溫度，從而保證航天器的正常工作，在航天員頭盔的護(hù)目鏡上鍍一層薄薄的黃金，既可以使航天員看清楚外面的世界，又可以防止航天員被紅外輻射灼燒。

太空探索也使用了黃金涂層，最典型的例子就是計(jì)劃于2021年10月發(fā)射進(jìn)入太空的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，其主要任務(wù)是搜索宇宙早期形成的第一批星系，主要觀察波段為可見光金色段到中紅外波段。這臺(tái)人類最先進(jìn)的太空望遠(yuǎn)鏡借助了黃金對(duì)紅外光反射效率高的特性，在其18塊六角形的主鏡片上鍍有一層極薄的黃金涂層，用以提高望遠(yuǎn)鏡的清晰度。而且，為了讓望遠(yuǎn)鏡能夠保持接近絕對(duì)零度的最佳工作溫度，望遠(yuǎn)鏡的冷卻管上也涂上了黃金薄膜，用來隔絕熱輻射。

加拿大多倫多皇家銀行廣場(chǎng)的窗戶都鍍有黃金涂層

同樣，黃金特殊的光學(xué)性質(zhì)也使其成為地面環(huán)境工程師們非常重視的一種涂層材料。只要在窗戶上涂上一層薄薄的黃金，能有效反射熱輻射，幫助建筑實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼，從而降低能源消耗、減少碳排放。加拿大多倫多皇家銀行廣場(chǎng)的14000扇窗戶都鍍有黃金涂層，總共使用了70千克純金;中國(guó)紫禁城的古老建筑則使用了薄至0.12微米的金箔作貼膜，這種金箔幾乎是透明的，能透過藍(lán)綠色的光，其貼在建筑物上，不僅顯得華貴，而且有絢麗的調(diào)光功能。

醫(yī)療領(lǐng)域的多面手

黃金在醫(yī)療保健和藥物領(lǐng)域也頗具影響力，這種金屬數(shù)千年來一直與健康聯(lián)系在一起。比如，由于黃金擁有美麗的光澤以及出色的生物相容性，它被用于牙科的歷史已經(jīng)十分悠久了。

幾十年來，世界各地的監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)批準(zhǔn)了一系列新的與黃金相關(guān)的診斷工具和療法。金諾芬是一種典型的黃金藥物，含金量約1/3，20世紀(jì)80年代作為治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的藥物而獲批上市，目前有臨床試驗(yàn)測(cè)試其在治療卵巢癌和痢疾等疾病的效果，醫(yī)學(xué)界對(duì)它的興趣一直沒有減退。一種叫作“兔眼癥”的面部神經(jīng)疾病，使得患病者無法完全閉上眼睛，這種疾病可以在上眼瞼中植入少量黃金來治療，其原理就是利用重力來幫助眼瞼完全閉合。一些醫(yī)療植入物選擇了使用黃金涂層，胰島素泵作為一種醫(yī)療設(shè)備，在糖尿病治療過程中可提供精確劑量的胰島素。如果在胰島素泵的電池外殼鍍上一層金涂層，則可以提高其防腐蝕能力。

近些年來，金納米粒子在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展很快，并已取得了一系列令人矚目的研究成果。金納米粒子是黃金的納米級(jí)顆粒，其粒子尺寸一般在1～100納米之間，比人類頭發(fā)的直徑還要小數(shù)千倍。納米尺度的金粒子具有特殊的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，它可以吸收和反射特定波段的光，能隨著自身形狀和尺寸的變化而呈現(xiàn)出不同的顏色，同時(shí)對(duì)外界環(huán)境的變化以及粒子間的相互作用非常敏感，這樣的特點(diǎn)賦予了金納米粒子在醫(yī)療檢測(cè)和醫(yī)學(xué)成像方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

早在幾年前，通過金納米粒子檢測(cè)早期癌癥的方法就已經(jīng)通過人體測(cè)試。原理也很簡(jiǎn)單，癌細(xì)胞的DNA具有與金納米粒子結(jié)合成特殊3D結(jié)構(gòu)的能力，當(dāng)癌細(xì)胞的DNA存在時(shí)，金納米粒子會(huì)改變顏色，所以科學(xué)家可以在短短幾分鐘內(nèi)快速地檢測(cè)出癌癥。如果將金納米粒子做成檢測(cè)工具，那么許多癌癥之外的疾病的測(cè)試也可以考慮進(jìn)去，如艾滋病、梅毒和瘧疾的測(cè)試。如今，全世界的醫(yī)療組織每年用于在非洲和亞洲幫助診斷瘧疾的金納米粒子檢測(cè)工具就有數(shù)億份之多。

金納米粒子在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最令人期待的前景是用于癌癥的治療。理論上，把黃金加工成特殊的金納米粒子，它就一反常態(tài)，變得能夠吸收大量紅外線。然后，科學(xué)家把金納米粒子做成抗癌藥物，將其送至癌癥部位，再接受紅外線輻射。因人體正常組織幾乎不吸收紅外線而不受傷害，而金納米粒子則因吸收紅外線而被不斷加熱，最終就殺死了癌細(xì)胞。在將來，幫助人類戰(zhàn)勝“死神”癌癥的幫手或許就是黃金。

隨著科技的進(jìn)步，我們可以預(yù)見，黃金在科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)展。有理由相信，黃金還會(huì)有很多我們意想不到的全新用途面世，為人類造福。