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了，它很稀缺，很閃亮，很值錢。每當人們談到黃金時，常常就等于談到了貨幣、財富或者珠寶。不過，如果有人問，黃金有什么科技價值，則很少有人知道。

實際上，在現(xiàn)代，黃金早已成為推動科技發(fā)展的無價之寶，它們在電子、建筑、航天以及醫(yī)療領(lǐng)域中都發(fā)揮了巨大的作用。可以說，科技領(lǐng)域中的黃金，遠比倉庫里的儲備金或者商場里的金飾品更加珍貴。

高端電子產(chǎn)品的首選材料

黃金因為稀少而顯得珍貴，然而，大多數(shù)人并沒有覺察到，在生活中，黃金其實到處都有，它就隱藏在人們身邊的電子產(chǎn)品中。科學(xué)家就曾做過估計，一部蘋果智能手機中約含有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，人們對于電子產(chǎn)品的要求越來越高。比如，手機和電腦的重量要更輕，外觀要更小巧，電子信號的傳遞要更暢通，其他性能也要更穩(wěn)定、更可靠。面對更高的要求，金就顯示出了相對于銀、銅的巨大優(yōu)勢。

首先，黃金是柔韌的金屬，延展性非常好。1克黃金可以拉長成為4000米長的金絲，由1噸黃金拉成的細絲的長度，等于從地球到月球來回5次的距離。高級電子產(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，導(dǎo)線就斷了，而金導(dǎo)線則不會出現(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，要表揚一下金的穩(wěn)定性。為了讓智能手機或高端電腦適應(yīng)各種工作環(huán)境，它們的內(nèi)部線路會經(jīng)受高溫、低溫、濕氣以及腐蝕性污染物的考驗，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)定性遠勝過后兩者。比如熱穩(wěn)定性，黃金的熔點高達1064.43℃，科學(xué)測試表明，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。既然熔化時都不會氧化，那么在電子產(chǎn)品中就更不會被氧化了。而電路板中的細導(dǎo)線，如果使用鐵、銅、鋁等金屬材料做，就算可以做那么細，也容易被腐蝕、氧化，時間長還是會斷掉。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酷環(huán)境當中，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)盤等機械來支撐、連接。在太空環(huán)境中，機械所用的傳統(tǒng)有機潤滑劑會變得非常不穩(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滑劑，則可以滿足航天器在太空苛刻條件下的潤滑需求。所謂黃金制成的固體潤滑劑，就是用非常薄的黃金薄膜覆蓋在運動機械的表面，從而起到了潤滑劑的作用。

黃金還可以給航天器提供輻射保護。這是由于黃金具備非常獨特的光學(xué)性質(zhì)，它可以吸收紫外光和可見光，但對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，會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劃于2021年10月發(fā)射進入太空的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，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。這臺人類最先進的太空望遠鏡借助了黃金對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，用以提高望遠鏡的清晰度。而且，為了讓望遠鏡能夠保持接近絕對零度的最佳工作溫度，望遠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的14000扇窗戶都鍍有黃金涂層，總共使用了70千克純金;中國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)管機構(gòu)已經(jīng)批準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，目前有臨床試驗測試其在治療卵巢癌和痢疾等疾病的效果，醫(yī)學(xué)界對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，同時對外界環(huán)境的變化以及粒子間的相互作用非常敏感，這樣的特點賦予了金納米粒子在醫(yī)療檢測和醫(yī)學(xué)成像方面的獨特優(yōu)勢。

早在幾年前，通過金納米粒子檢測早期癌癥的方法就已經(jīng)通過人體測試。原理也很簡單，癌細胞的DNA具有與金納米粒子結(jié)合成特殊3D結(jié)構(gòu)的能力，當癌細胞的DNA存在時，金納米粒子會改變顏色，所以科學(xué)家可以在短短幾分鐘內(nèi)快速地檢測出癌癥。如果將金納米粒子做成檢測工具，那么許多癌癥之外的疾病的測試也可以考慮進去，如艾滋病、梅毒和瘧疾的測試。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。

隨著科技的進步，我們可以預(yù)見，黃金在科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也會得到進一步擴展。有理由相信，黃金還會有很多我們意想不到的全新用途面世，為人類造福。