211service.com
Nanoklej do elektroniki
Naukowcy z Rensselaer Polytechnic Institute w Troy w stanie Nowy Jork odkryli, że pewne nanometrowe cząsteczki organiczne mogą wiązać dwie powierzchnie, które normalnie nie sklejają się dobrze. Co zaskakujące, siła klejenia wzrasta, gdy nanoklej jest wystawiony na działanie bardzo wysokich temperatur.
Superklej nano: Cząsteczki organiczne zbudowane z łańcucha atomów węgla i wodoru z siarką (niebieski) na jednym końcu i krzemem (zielony) na drugim, łączą miedź i dwutlenek krzemu. Cząsteczki organizują się i układają obok siebie, a ich siła adhezji wzrasta w bardzo wysokich temperaturach, dochodzących do 700 ºC.
Cząsteczki mogłyby być wykorzystane jako niedrogi, łatwy do nałożenia klej w różnych zastosowaniach. Na przykład, klej o grubości nanometra może być używany do łączenia małych elementów elektronicznych, ponieważ tranzystory i przewody w chipach komputerowych nadal się kurczą, mówi. Ganapathiraman Ramanath , profesor materiałoznawstwa i inżynierii, który kierował badaniem, które zostało opublikowane w Natura zeszły tydzień.
Nanoklej, który należy do klasy związków zwanych organosilanami, składa się z łańcucha atomów węgla i wodoru z siarką na jednym końcu i krzemem na drugim. Łańcuch molekularny zwykle rozpada się w temperaturach powyżej 300 do 400 ºC. Ale Ramanath i jego koledzy odkryli, że kiedy umieszczają molekuły pomiędzy miedzią i dwutlenkiem krzemu, molekuły nie tylko wiążą ze sobą te dwa materiały, ale wiązanie to wzmacnia się w wyższych temperaturach. W temperaturze pokojowej powstałe wiązanie jest trzykrotnie silniejsze niż bezpośrednie wiązanie między miedzią a krzemionką. W temperaturze 700 ºC wiązanie jest 10 razy silniejsze niż normalnie.
Jedną z zalet kleju jest to, jak niewiele go potrzeba. Podobną siłę klejenia można osiągnąć przy bardzo grubych warstwach kleju, ale nie przy tak cienkich warstwach, mówi Ramanath. Ponieważ pojedyncza warstwa cząsteczek organosilanu ułożonych obok siebie zawiera miedź i krzemionkę, grubość warstwy adhezyjnej jest długością pojedynczej cząsteczki: blisko jednego nanometra. Przy 35 centach za gram nowy klej jest niedrogi. I powinno być łatwe do nałożenia, ponieważ cząsteczki mają tendencję do organizowania się we właściwej orientacji na powierzchni, jak żołnierze, mówi Ramanath. Wszyscy stoją tuż obok siebie i ustawiają się dość blisko siebie.
Co więcej, naukowcy spodziewają się, że potrafią dostosować nanoklej do różnych materiałów. Dołączając odpowiednie grupy chemiczne na dwóch końcach łańcucha molekularnego, naukowcy mogli opracować nowe typy molekuł organosilanowych, aby skleić ze sobą inne niepodobne do siebie materiały, takie jak izolatory i półprzewodniki lub metal i półprzewodniki.
Rosnąca siła adhezji organosilanu w wyższych temperaturach jest nienormalna i sprzeczna z konwencjonalną wiedzą, mówi Om Nalamasu, wiceprezes i dyrektor ds. technologii w firmie Zastosowane materiały , z siedzibą w Santa Clara w Kalifornii, która dostarcza sprzęt do produkcji dla przemysłu półprzewodników. Może to mieć zgrabne zastosowania i może otworzyć nowe pomysły i nowe koncepcje.
Jednym z ważnych zastosowań może być klejenie przewodów miedzianych, które łączą różne komponenty w chipach komputerowych. Przewody miedziane są osadzane na izolacyjnych warstwach dwutlenku krzemu na chipie komputerowym, aby sygnały przewodów nie mieszały się ze sobą. Ale miedź nie przylega ściśle do dwutlenku krzemu, a cząsteczki miedzi dyfundują do krzemionki. Istnieje duża potrzeba chemicznego odizolowania interfejsów, mówi Ramanath. Nie chcesz, aby się mieszały, ale chcesz przyczepności.
Producenci chipów stosują obecnie między miedzią a dwutlenkiem krzemu warstwy materiałów o grubości co najmniej 10 nanometrów, takich jak tantal lub tytan. Ale ponieważ rozmiary urządzeń w wysokowydajnych chipach komputerowych spadają do zakresu nanometrów, nowy nanoklej, który jest 10 razy cieńszy, byłby idealnym zamiennikiem. Wraz z postępującą miniaturyzacją nie możesz pozwolić sobie na marnowanie nieruchomości na rzeczy, które nie robią nic poza trzymaniem rzeczy razem, mówi Ramanath.