古い携帯電話から金を取り出すことはできますか？はい、本当です！

金というと、金のブレスレット、金のチェーン、金の延べ棒などを思い浮かべることが多いでしょう。実は、金は宝飾品や通貨として使われるだけでなく、産業やハイテク産業にも欠かせない素材なのです。たとえば、スマートフォンの多くの部品には金が使用されています。では、産業における金の主な用途は何でしょうか?なぜそれが大きな科学的・技術的価値を持つのでしょうか?

金で作られた美しい装飾

1.金の特徴

金（Au）は貴金属です。形成条件が厳しく、地球上の含有量が少ないため、非常に貴重です。金の密度は19.3g/cm³（20℃）で、硬度は比較的低いです。爪で浅く傷をつけることができます。金属光沢があり、装飾効果に優れています。金の融点は1000℃以上、沸点は2808℃です。

ナチュラルゴールド

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金は化学的に非常に安定しており、酸やアルカリの腐食に耐性があり（通常は王水にのみ溶解します）、高温に加熱されても色が変わったり酸化したりしません。また、電気伝導性、熱伝導性、延性にも優れています。 1オンス（金の国際計量単位で、約28グラムに相当）の金は、何万メートルにも及ぶ細いワイヤーに引き伸ばすことができ、わずか数ミクロンの厚さの金箔に叩き固めることもできます。金が宝飾品加工、電子機器、化学薬品、医薬品などの産業で広く使用されているのは、まさにこうした金の物理的、化学的特性のためです。

2.電子機器に最適な素材

現代の生活はさまざまな電子製品と切り離せません。携帯電話やパソコンは多くの人にとって「生活必需品」となっている。これらの高度な電子機器は、無数の配線、コネクタ、溶接点、スイッチなどによって接続された多数の電子部品と回路基板から組み立てられています。これには、導電性の優れた金属材料を使用する必要があり、電流の流れを妨げる障害を減らすために、電圧の安定性を可能な限り確保する必要があります。金は優れた選択肢となり、電子機器の信頼性を確保する上で非常に重要な役割を果たしています。

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まず最初に、「電子製品の母」であるプリント基板について触れなければなりません。回路基板上には細い銅線が多数配線されています。銅のはんだ接合部は空気中で酸化されやすく、接触不良を引き起こし、回路基板の性能に影響を与えます。そのため、銅の表面に保護層として金メッキを施すことがよくあります。また、回路基板をエッチング液に長時間浸すと銅線が剥がれ落ちる恐れがありますが、金コーティングは非常に微細な多孔性があり、金属部品を腐食から保護することができます。

金は高価なため、純金は通常、高級プリント基板にのみメッキされます。

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対応するコネクタに挿入される回路基板の端には、指の形に並べられた多数の金色の接点があります。表面が金メッキされているので「ゴールドフィンガー」と呼ばれています。ゴールドフィンガーの主な機能は信号接続と伝導であるため、優れた導電性、耐酸化性、耐摩耗性、耐腐食性を備えている必要があります。純金は摩擦接触中に非常に速い速度で磨耗するため、ゴールドフィンガーの「金」は一般に金化合物です。

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スイッチでは金もよく見られます。リレー（自動電気スイッチ）を例にとると、特に小型リレーの場合、接点間の接触抵抗の大きさが接点の寿命に直接影響します。制御電流と接点の接触面積が小さいため、導電性が特に重要となり、接触面には金メッキが施されています。金は電子部品の導電性を高め、非常に低い電圧を伝達し、接触点の抵抗を最小限に抑えることを可能にするため、低電流および低電位の極端な状況でも非常に信頼性の高いものになります。また、プラチナやパラジウムとは異なり、金は有機蒸気の分解を触媒しないため、金属接触面上に導電性の低い有機ポリマー膜が形成されることがありません。

しかし、金は柔らかいため、ほこりや異物によって簡単に損傷してしまいます。ほこりの粒子は、接点がわずかに閉じただけでも簡単に埋め込まれ、コンポーネント間の良好な接触を妨げる可能性があります。この欠点を克服するために、合金化技術が広く使用されています。

電子製品の急速な発展に伴い、人々は製品に「より軽く、より薄く」を求めるようになり、電子機器のサイズはますます小さくなっています。限られたスペースでさまざまな部品を接続するために、電線の直径は小さくなります。一部の極細ピッチでは、銅、アルミニウム、またはその他の金属を使用してワイヤを作成すると、ワイヤが非常に簡単に破損します。しかし、金は延性に優れており、性能を維持しながら極めて細い金線に引き伸ばすことができます。

3.金は宇宙で大きな役割を果たしている

先ほど述べたように、金は最も延性の高い金属です。金を極めて薄いフィルム（わずか数分子の厚さ）にすると、特別な用途が生まれます。金フィルムは赤外線に対する反射率が高いため、断熱性があります。宇宙船や宇宙服の表面を金の膜でコーティングすると、宇宙船や宇宙服を過剰な太陽放射から保護するための理想的な反射膜を形成できます。同時に、金のフィルムは可視光線スペクトルの黄色から青色の範囲の光と紫外線を透過することができます。その透明度はガラスに似ています。宇宙飛行士のヘルメットのゴーグルを金でコーティングすると、視界を遮ることなく断熱効果が得られます。

金は固体潤滑剤としても機能し、つまり、鋼鉄などの表面に金の層がコーティングされます。人工衛星のアンテナ システム、太陽電池のセイルボード機構、感光機器の駆動機構など、航空宇宙部品は複雑な構造と精密な設計になっていることが知られています。さまざまな部品間の密着には、ベアリング材料のサポートが必要です。宇宙環境は極めて過酷であるため、ベアリング材料やグリースの性能には高い要求が課せられます。金固体潤滑剤は安定性が高く、柔らかく、摩擦係数が小さく、部品の摩耗を軽減し、一般的な潤滑剤の性能の欠点を補うことができます。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の主反射鏡にも金コーティングが使用されています。動作温度を-223.2℃以下に保つ必要がある赤外線望遠鏡です。金コーティングは赤外線の反射率を高めて熱を遮断するだけでなく、耐久性も向上させます。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の金メッキ鏡

出典: NASA/ジェット推進研究所-Caltech

4.医療分野における金の応用

金がナノメートルレベル（金ナノ粒子）まで小さくなると、その特性は奇妙な形で変化します。金ナノ粒子は、比表面積が大きく、表面改質が容易で、生体適合性（移植後の材料と人体との適合度）が良好であるなどの利点があり、医療分野で幅広い応用シナリオを持っています。

1つ目は、がんに対する光熱療法の分野です。がんは人類の健康に深刻な脅威をもたらし、化学療法や放射線療法などの既存の臨床治療には強い副作用があります。ナノゴールドのユニークな光熱効果は、がん治療に光熱療法という新しいアイデアをもたらします。光熱療法では、光熱材料を使用して光エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換し、腫瘍組織の温度を上げて腫瘍細胞を死滅させます。正確な空間位置決めが可能で、患部周囲の細胞組織へのダメージが少ないという利点があります。金ナノ粒子は、局所的な赤外線照射により効率的な光熱変換を行い、生体適合性も優れているため、がんの光熱治療に大きな期待が寄せられています。

いくつかの癌治療

出典: 百度百科事典

さらに、金ナノ粒子は優れた薬剤キャリアです。多くの薬剤は、水溶性が低い、pH に敏感であるなどの問題により直接使用することができず、作用部位まで輸送する運搬者を必要とします。金ナノ粒子を使用して薬物成分をカプセル化し、体内での放出速度と生体浸透性を調節することで、薬物の利用率を大幅に向上させることができます。さらに、この薬物送達システムは、さまざまな機能性分子を搭載することで、キャリアに pH 応答性、標的化などの特性を付与することもできます。将来的には、薬物送達に広く利用されることが期待されます。

金ナノ粒子（AuNP）は細胞と密接に結合している

ソース | 「分子標的ナノ粒子のレーザー刺激による血液脳関門の可逆的調節」

これを見ると、さまざまな分野での金の優れたパフォーマンスに驚かれるのではないでしょうか。社会の発展に伴い、産業、技術、医療などの分野で金の利用が増加しています。近い将来、金はすべての人にさらなる利益をもたらすと信じています。