据物理学家组织网17日报道,伦斯勒理工学院的研究人员开发出纳米万能胶水,不仅价格便宜,而且通常无法粘在一起的材料也可以粘得很牢固,从新一代计算机芯片的生产到发电,该小组研制的这种粘合剂可以派上大用场。
这种纳米胶不到一纳米或十亿分之一米厚,而且价格便宜的它能承受的温度远远超出了我们先前的想象。实际上,这种粘合剂的分子粘合力在受热时增强了。胶水的原材料是可以买到的,但该研究小组让这种胶水提高其“粘性”和耐热度的方法是全新的。由伦斯勒理工学院材料科学与工程学教授加纳帕斯拉曼?拉玛纳斯领导的这项研究出现在17日版的《自然》杂志上。
就像很多重要的科学发现一样,拉玛纳斯和他的研究小组偶然发明了这种遇热变硬的纳米胶。多年以来,为了提高结构的整体性、功效和计算机芯片中半导体装置的可靠性,拉玛纳斯一直在研究两种不同材料之间集合分子层的方法。他的研究小组已经证明,带有一种碳支柱的分子链?以适当的元素,比如硅、氧或硫结束?可以提高粘性和防止邻近物质发热的原子。
最近,拉玛纳斯的小组和其他研究人员已经发现,这些纳米层可用于生产粘合剂、润滑剂和防护层。不过,这些纳米层对热极为敏感,当接触到400摄氏度以上的温度时,它开始分解或干脆从表层脱离。这一严格的限制妨碍了纳米层的广泛应用。
拉玛纳斯的研究小组决定把一个纳米层夹进一个薄铜片和硅片之间,心想这一另外的支撑应该能帮助增强纳米层的粘合力,提高其粘性。结果证明,这是一次富有洞察力的尝试,该研究小组有了超出预想的发现。
当受热时,夹在中间的纳米层没有分解或脱落,因为它无处可去。但令人惊喜的发现还不止这个。纳米层的粘合力变强,当接触到400摄氏度以上的温度时更有粘性。在铜片和硅片之间受压,这块纳米层的分子以出人意料地超强化学粘性牢牢附着在邻近物质的表面。拉玛纳斯说:“你加热的温度越高,它的粘性越强。当我们第一次尝试时,我简直不敢相信这些分子的粘性会有这么强。”
为了证实这并不是一次例外,该研究小组在过去的两年里先后进行了50多次试验。所有的结果是一致的,表明这块夹在中间的纳米层其接触面的韧性或“粘性”增加了5到7倍。相似的韧性在微米层中也得到了证实,但厚度小于一纳米的不行。一纳米比一微米小1000倍。由于它们极小,这些增强的纳米层可能会在各种微米或纳米电子装置中被用作粘合剂,而在这些装置中,较厚的粘合剂层不适合。
拉玛纳斯的发现另一个史无前例的方面就是这块夹在中间的纳米层随着温度升高到700摄氏度时其粘性会不断增强。这种带粘性纳米层的耐热性和粘性变强可能会有新奇的工业应用,比如在表层比较热的物体上保存油漆,象喷气发动机内部或大型发电涡轮机。
连同纳米等级和高温条件一起,拉玛纳斯确信这种新纳米胶还将有其它无法预料的应用。他说:“对将任何两种不能很好粘在一起的材料结合起来来说,这可能是一种万能而且便宜的解决办法。尽管这种方法并不是生来就有,但它简便,而且还有各种工业上的应用。此外,这种分子胶水成本便宜?100克大约是35美元,商业上已经有这种胶水,便宜的价格使得我们的方法更能适合。
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