Guld og sølv nanotråde binder naturligt, Vær stærk

(PhysOrg.com) - Svejsning bruger varme til at forbinde metalstykker i alt fra kredsløb til skyskrabere. Men forskere fra Rice University har fundet en måde at slå varmen på nanoskalaen.

Jun Lou, en adjunkt i maskinteknik og materialevidenskab, og hans gruppe har opdaget, at guldtråde mellem tre milliarder og 10 milliarder af en meter bred svejser sig ganske pænt-uden varme.

De rapporterer i dagens online udgave af tidsskriftet Naturnanoteknologi at rene guld nanotråde med identiske atomstrukturer smelter sammen til en enkelt ledning, der ikke mister nogen af ​​sine elektriske og mekaniske egenskaber. Processen fungerer lige så godt med sølv nanotråde, som binder sig til hinanden eller med guld.

Denne koldsvejsningsproces er blevet observeret på makroskalaen i årtier, Sagde Lou. Ren, flade stykker af lignende metaller kan fås til at binde under højt tryk og i et vakuum. Men kun Lou og hans kolleger har set processen ske på nanoskalaen, under et elektronmikroskop.

Som det så ofte sker i grundforskning, det var slet ikke det, de ledte efter. Lou og Rice kandidatstuderende Yang Lu, med samarbejdspartnere på Sandia National Laboratories og Brown University, forsøgte at bestemme trækstyrken af ​​guld -nanotråde ved at fastgøre den ene ende af en ledning til en sonde i et transmissionselektronmikroskop (TEM) og den anden til en lille cantilever -fjeder kaldet en atomkraftmikroskopi (AFM) sonde.

Ved at trække tråden fra hinanden gav holdet en måling af dets styrke. Hvad de ikke forventede at se, var den ødelagte ledning, der reparerede sig selv, når dens ender eller sider rørte ved hinanden. Målinger viste, at den tilsluttede ledning var lige så stærk som før.

"Før du rent faktisk kan strække noget, du skal klemme det godt, "sagde Lou, der modtog et Young Investigators Research Program -tilskud fra Air Force Office of Sponsored Research sidste år. "Under manipulationsprocessen, vi observerede denne type svejseadfærd hele tiden.

"I første omgang, vi lagde ikke mærke til det, fordi det ikke virkede vigtigt. Men efter at have gjort lidt research på området, Jeg indså, at vi opdagede noget, der kan være nyttigt. "

Ved testning, Lou fandt ud af, at nanotrådene kunne knækkes og svejses mange gange. Rettede ledninger gik aldrig i stykker igen på samme sted; dette vidner om styrken af ​​det nye bånd.

Trådens elektriske egenskaber syntes også upåvirket af gentagen brud og svejsning. "Vi ville bryde en ledning og svejse den 11 gange og kontrollere de elektriske egenskaber hver gang. Alle tallene var meget tætte, " han sagde.

Nøglerne til en vellykket svejsning er nanotrådens enkelt krystallinske struktur og matchende orientering. "Der er mange overfladeatomer, meget aktiv, der deltager i diffusionen på nanoskalaen, "Sagde Lou." Vi prøvede guld og sølv, og de svejser på samme måde, så længe du opfylder kravet om krystallinsk orientering. "

Lou ser opdagelsen åbne nye veje for forskere, der ser på molekylær elektronik. Han sagde, at teams ved Harvard og Northwestern arbejder på måder at mønstre arrays af nanotråde, og inkorporering af koldsvejsning kunne forenkle deres processer. "Hvis du bygger elektroniske enheder med høj densitet, den slags fænomener vil være meget nyttige, " han sagde, bemærker, at varmeinducerede svejsninger på nanoskalaen risikerer at skade materialernes styrke eller ledningsevne.

Lou sagde, at opdagelsen har vakt opsigt blandt de få, han har fortalt. "Forskellige mennesker ser forskellige aspekter:Elektroingeniører ser applikationssiden. Teorifolk ser en interessant fysik bag denne adfærd. Vi håber, at dette papir vil tilskynde til mere grundlæggende undersøgelser."

Papirets medforfattere omfatter Jian Yu Huang, en videnskabsmand ved Center for Integrerede Nanoteknologier ved Sandia National Laboratories; og professor Shouheng Sun og tidligere kandidatstuderende Chao Wang fra Brown University.