(PhysOrg.com) -- Lassen gebruikt warmte om stukken metaal in alles samen te voegen, van circuits tot wolkenkrabbers. Maar onderzoekers van Rice University hebben een manier gevonden om de hitte op nanoschaal te verslaan.

juni Lou, een assistent-professor in werktuigbouwkunde en materiaalkunde, en zijn groep hebben ontdekt dat gouddraden tussen drie miljardste en 10 miljardste van een meter breed zichzelf heel mooi aan elkaar lassen - zonder hitte.

Ze rapporteren in de online editie van het tijdschrift van vandaag Natuur Nanotechnologie dat schone gouden nanodraden met identieke atomaire structuren zullen samensmelten tot een enkele draad die niets van zijn elektrische en mechanische eigenschappen verliest. Het proces werkt net zo goed met zilveren nanodraden, die zich met elkaar of met goud verbinden.

Dit koudlasproces wordt al tientallen jaren op macroschaal waargenomen, zei Lou. Schoon, platte stukken van soortgelijke metalen kunnen onder hoge druk en in vacuüm worden gehecht. Maar alleen Lou en zijn collega's hebben het proces op nanoschaal zien gebeuren. onder een elektronenmicroscoop.

Zoals zo vaak gebeurt in fundamenteel onderzoek, daar waren ze helemaal niet naar op zoek. Lou en Rice afgestudeerde student Yang Lu, met medewerkers van Sandia National Laboratories en Brown University, probeerden de treksterkte van gouden nanodraden te bepalen door het ene uiteinde van een draad aan een sonde in een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) te bevestigen en het andere aan een kleine vrijdragende veer die een atomic force microscopie (AFM) -sonde wordt genoemd.

Door de draad uit elkaar te trekken, kreeg het team een ​​meting van de sterkte ervan. Wat ze niet verwachtten te zien, was dat de gebroken draad zichzelf herstelde wanneer de uiteinden of zijkanten elkaar raakten. Metingen toonden aan dat de opnieuw aangesloten draad net zo sterk was als voorheen.

"Voordat je iets echt kunt uitrekken, je moet het goed vastklemmen, " zei Lou, die vorig jaar een Young Investigators Research Program-beurs ontving van het Air Force Office of Sponsored Research. "Tijdens het manipulatieproces dit soort lasgedrag hebben we de hele tijd waargenomen.

"In eerste instantie we hebben er geen aandacht aan besteed omdat het niet significant leek. Maar na wat onderzoek in het veld te hebben gedaan, Ik realiseerde me dat we iets hadden ontdekt dat nuttig zou kunnen zijn."

Bij het testen, Lou ontdekte dat de nanodraden vele malen konden worden gebroken en gelast. Herstelde draden braken nooit meer op dezelfde plek; dit getuigt van de kracht van de nieuwe band.

De elektrische eigenschappen van de draad leken ook onaangetast door herhaaldelijk breken en lassen. "We braken een draad en lazen hem 11 keer opnieuw en controleerden elke keer de elektrische eigenschappen. Alle cijfers lagen heel dicht bij elkaar, " hij zei.

De sleutels tot een succesvolle las zijn de enkele kristallijne structuur van de nanodraad en de bijbehorende oriëntatie. "Er zijn veel oppervlakte-atomen, heel actief, die deelnemen aan de diffusie op nanoschaal, " zei Lou. "We hebben goud en zilver geprobeerd, en ze lassen op dezelfde manier, zolang je voldoet aan de eis van kristallijne oriëntatie."

Lou ziet dat de ontdekking nieuwe wegen opent voor onderzoekers die kijken naar elektronica op moleculaire schaal. Hij zei dat teams van Harvard en Northwestern werken aan manieren om arrays van nanodraden te modelleren, en het opnemen van koud lassen zou hun processen kunnen vereenvoudigen. "Als je elektronische apparaten met een hoge dichtheid bouwt, dit soort verschijnselen zullen zeer nuttig zijn, " hij zei, opmerkend dat warmtegeïnduceerde lassen op nanoschaal het risico lopen de sterkte of geleidbaarheid van de materialen te beschadigen.

Lou zei dat de ontdekking voor opschudding heeft gezorgd onder de weinigen die hem zijn verteld. "Verschillende mensen zien verschillende aspecten:elektrotechnici zien de toepassingskant. Theoriemensen zien een aantal interessante fysica achter dit gedrag. We hopen dat dit artikel meer fundamentele studie zal aanmoedigen."

De co-auteurs van het artikel zijn Jian Yu Huang, een wetenschapper bij het Center for Integrated Nanotechnologies van Sandia National Laboratories; en professor Shouheng Sun en voormalig afgestudeerde student Chao Wang van Brown University.