(PhysOrg.com) -- La saldatura utilizza il calore per unire pezzi di metallo in qualsiasi cosa, dai circuiti ai grattacieli. Ma i ricercatori della Rice University hanno trovato un modo per battere il calore su scala nanometrica.

giugno Lou, un assistente professore in ingegneria meccanica e scienza dei materiali, e il suo gruppo ha scoperto che i fili d'oro tra i tre miliardesimi e i 10 miliardesimi di metro di larghezza si saldano insieme abbastanza bene, senza calore.

Riportano nell'edizione online odierna della rivista Nanotecnologia della natura che i nanofili d'oro puliti con strutture atomiche identiche si fonderanno in un unico filo che non perderà nessuna delle sue proprietà elettriche e meccaniche. Il processo funziona altrettanto bene con i nanofili d'argento, che si legano tra loro o con l'oro.

Questo processo di saldatura a freddo è stato osservato su macroscala per decenni, ha detto Lou. Pulire, pezzi piani di metalli simili possono essere fatti incollare ad alta pressione e sotto vuoto. Ma solo Lou e i suoi colleghi hanno visto il processo accadere su scala nanometrica, al microscopio elettronico.

Come spesso accade nella ricerca di base, non è affatto quello che stavano cercando. Lou e Rice studente laureato Yang Lu, con i collaboratori dei Sandia National Laboratories e della Brown University, stavano cercando di determinare la resistenza alla trazione dei nanofili d'oro collegando un'estremità di un filo a una sonda in un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e l'altra a una minuscola molla a sbalzo chiamata sonda per microscopia a forza atomica (AFM).

Separare il filo ha dato alla squadra una misura della sua forza. Quello che non si aspettavano di vedere era il filo rotto che si riparava da solo quando le sue estremità oi suoi lati si toccavano. Le misurazioni hanno mostrato che il filo ricollegato era forte come prima.

"Prima di poter effettivamente allungare qualcosa, devi stringerlo bene, " ha detto Lou, che l'anno scorso ha ricevuto una borsa di studio per il programma di ricerca per giovani ricercatori dall'Ufficio per la ricerca sponsorizzata dell'aeronautica. "Durante il processo di manipolazione, abbiamo sempre osservato questo tipo di comportamento di saldatura.

"Inizialmente, non ci abbiamo prestato attenzione perché non sembrava significativo. Ma dopo aver fatto una piccola ricerca sul campo, Mi sono reso conto che abbiamo scoperto qualcosa che potrebbe essere utile".

Nella prova, Lou ha scoperto che i nanofili possono essere spezzati e saldati molte volte. I fili riparati non si sono mai più rotti nello stesso punto; ciò attesta la forza del nuovo legame.

Anche le proprietà elettriche del filo sembravano inalterate da ripetute rotture e saldature. "Spezzavamo un filo e lo risaldavamo 11 volte e controllavamo le proprietà elettriche ogni volta. Tutti i numeri erano molto vicini, " Egli ha detto.

Le chiavi per una saldatura di successo sono la struttura cristallina singola del nanofilo e l'orientamento corrispondente. "Ci sono molti atomi di superficie, molto attivo, che partecipano alla diffusione su scala nanometrica, " Lou ha detto. "Abbiamo provato oro e argento, e si saldano allo stesso modo purché si soddisfi il requisito di orientamento cristallino."

Lou vede la scoperta aprire nuove strade ai ricercatori che si occupano di elettronica su scala molecolare. Ha detto che i team di Harvard e Northwestern stanno lavorando su modi per modellare array di nanofili, e incorporare la saldatura a freddo potrebbe semplificare i loro processi. "Se stai costruendo dispositivi elettronici ad alta densità, questo tipo di fenomeni sarà molto utile, " Egli ha detto, notando che le saldature indotte dal calore su scala nanometrica corrono il rischio di danneggiare la resistenza o la conduttività dei materiali.

Lou ha detto che la scoperta ha suscitato scalpore tra i pochi che gli è stato detto. "Diverse persone vedono aspetti diversi:gli ingegneri elettrici vedono il lato applicativo. I teorici vedono alcuni aspetti fisici interessanti dietro questo comportamento. Speriamo che questo documento incoraggi uno studio più fondamentale".

I coautori del documento includono Jian Yu Huang, uno scienziato presso il Center for Integrated Nanotechnologies presso i Sandia National Laboratories; e il professor Shouheng Sun e l'ex studente laureato Chao Wang della Brown University.