01
硅，可以替代
电子器件离不开半导体、半导体离不开硅——这几乎成了我们这个时代的共识。但如果硅能被更薄的金箔所取代呢？
黄金除了有高保值的货币价值外，还有一个物理特性，即高延展性，因此可以被制作成各类饰品或装饰物。同样，高延展性也意味着它可以通过捶打变成薄片，也就是常见于奢华甜点的金箔。但如果能再薄一些、薄到只有一个原子那么厚，金箔就会摇身一变，成为可作为半导体使用的金烯（Goldene），它的厚度仅为100纳米，比当今世界能合成的最薄的金箔还要薄400倍。
这就是最近瑞典林雪平大学(Linköping University)所发现的最新二维材料。这么多年来，业界最著名的二维材料莫过于石墨烯。
当“石墨烯之父”的安德烈·盖姆团队在2003年前后从石墨块中剥离出薄薄一层原子尺度的结构，后者表现出了完全不同于“母体”的特性：石墨柔软，软绵绵如同橡胶，但石墨烯是强度最高的二维材料之一，它的导电性超过铜、导热性能超过金刚石，过刚易折，石墨烯和晶体材z。
在当时，我们身边接触的所有材料还都是三维的，它们均有长度、宽度和厚度，而只有一个原子或者分子层那样薄的石墨烯竟然能成为新的材料应用于军备、电子产品、感应器甚至衣服袜子之中，这都是闻所未闻的，也由此打开了新物理学、新材料科学的大门。
而安德烈·盖姆当时就曾确认过，石墨烯不是唯一的二维材料，它还有很多“兄弟姐妹”，保守估计有一百多种，“它们也和石墨烯一样，都能以薄薄一层原子的结构作为材料而存在。”金烯便是如此。
此外，当石墨变成二维结构的石墨烯时，其电性也产生了剧烈的变化，在特定情况下，导电度甚至可以提升一万倍以上；同样，当黄金变成二维结构的金烯时，也产生了巨大的变化，不同的是，它反而从导体变成了半导体，足以成为纳米元件的应用材料。
02
半导体之外
电子在导体中就像跑车开上不限速的高速公路，但是当车辆太密集，跑车自然也要慢下来，无法自由行驶，这就是电子在金烯中的状态。
要解释这种变化需要先了解一个物理概念“库伦阻塞效应(Coulomb Blockade Effect)”：当导电体的体积变得足够小，电子之间的距离变得非常近，会因而产生斥力，导致电子移动时需要克服一定的能量障碍，因此需要外加电场才能驱动电流。
同时，在金烯中电路还会产生电子振荡，即电子随着施加的电压产生周期性的流动，就像高速公路的匝道管控，电子会以特定的节奏通过特定的节奏通过半导体。有这两个特性，人们可以在金烯上精准控制电流，这不就满足了电子元器件的需求？
除了这个应用领域外，黄金变成金烯后可以凭借巨大的表面积，充当其优异的催化剂。黄金原本属于惰性金属，不易与其他化学元素反应，但在微观世界中，纳米级的金却一直是具有优异催化能力的材料。
催化作用指的是自身不被消耗，却能降低反应的活化能，即反应物分子成功转变为产物所需克服的最小能量障碍，从而提供不同的反应路径，使化学反应更易发生的效果。
在过去的实践中，“纳米金粒子”就是一个典型的绿色环保催化剂，比如含有10个原子左右的纳米金团簇能将一氧化碳转化为二氧化碳，可以替代汽车上的尾气处理器中的铂催化剂，而且更加高效。还能用来帮人类找到更为环保的方法来制造必须的化工产品，例如进行水分解、制备过氧化氢、合成氨或者通过分解有机污染物来处理废水等等，甚至还能用到光热转化上。
而金烯可不是金粒子，它是一层表面积足够大的薄膜。当阳光打在纳米金粒子表面的电子海（electron sea）时可以产生波动，进而引导、集中能量，目前这种纳米金粒子对于光的强烈反应，可以作为金光催化剂（gold photocatalysts）用于分解水并产生氢气，目前在实验室里，金烯在这方面取代纳米金粒子还是绰绰有余。
03
复杂的制取过程
从实验室到实际应用，金烯的障碍还不是金价，而是制取过程。
如前所述，20年前科学家就已经从理论计算和实践中预测出了二维薄金片“金烯”的存在，十年前甚至已经预测出了它的性质会稳定且坚固。不过大多数研究实验得到的金烯都特别容易卷曲，没办法像石墨烯一样变成稳定又平坦的薄膜。
分析出来的原因全部都是因为金烯在制备过程中会受到不均匀的损伤，使得结构中残留了应力，导致一出来就产生聚集现象，表现上就是卷曲。林雪平大学这个团队用了一个比打铁还复杂的办法。
林雪平大学的研究人员
首先，他们在碳化硅基板上培育出一层钛硅碳化物导电陶瓷（Ti3SiC2）膜，通过磁控溅射涂覆一层金；接着，将这些膜在高温中加热，让金慢慢渗透进入Ti3SiC2膜，硅层会被金层取代，形成钛金碳化物（Ti3AuC2）；然后，利用一种日本用于锻造的传统化学试剂“村上试剂（Murakami）”和表面活性剂进行化学选择性蚀刻，去除Ti3C2层，也就是祛除碳残留物，并释放出单原子厚的金层，且表面活性剂有助于稳定金层，防止卷曲。
但这么一套操作下来，虽然破解了金烯的分离难题，但是时间至少一周。而且研究人员还提到，试剂浓度越低、蚀刻时间越长，效果越好，且整个制备过程必须避光，以防止因光照生成氰化物溶解掉金。满足种种条件后，才能在“溶液中看到金色的薄片，就如牛奶中的玉米片”。
所以，想把金烯应用于激光器、传感器之前，需要先解决制备的难度。
