Bij elektronica, soldeer wordt gebruikt om twee delen met elkaar te verbinden. Als een brug, een van de belangrijkste functies is om warmte weg te leiden van kritieke elektronische componenten en naar het koellichaam, die lucht of water gebruikt om warmte veilig af te voeren. Omdat technologische vooruitgang de creatie van kleinere en krachtigere computers en elektronica mogelijk maakt - en met temperaturen in computerchips die hoger zijn dan 100 ° C - is deze warmteafvoerfunctie belangrijker dan ooit geworden.

Echter, conventionele soldeer bereikt de limiet van hun vermogen om warmte effectief te geleiden gedurende een lange levensduur, waardoor warmteafvoer een beperkende factor wordt voor de verdere ontwikkeling van computers en elektronica. Als deze velden verder moeten gaan, dit cruciale knelpunt zal moeten worden overwonnen.

Voer "supersoldeer" in.

Het product van een DARPA Young Faculty Award 2013, supersolder is een thermisch interfacemateriaal (TIM) ontwikkeld door Sheng Shen, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan Carnegie Mellon, in samenwerking met onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory. Vier jaar werk hebben geresulteerd in de creatie van een materiaal dat dezelfde rol kan vervullen als conventioneel soldeer, maar met tweemaal de thermische geleidbaarheid van de huidige state-of-the-art TIM's.

Het geheim achter Shens doorbraak zijn koper-tin nanodraadarrays.

"De nanodraden zijn gegroeid uit een sjabloon, als een schimmel, kleine poriën gebruiken, " zegt Shen. "Het is chiptechnologie die gebruik maakt van galvaniseren, laag voor laag gegroeid, zoals hoe je een elektrisch snoer bedekt door het in elektrolyt te dompelen."

De resulterende array vertoont opmerkelijke thermische eigenschappen, ongeëvenaard door alle huidige soldeer materialen. Echter, het is niet alleen de thermische geleiding die supersolder uniek maakt.

Supersolder vertoont ook buitengewone naleving, of elasticiteit, vergelijkbaar met die van rubber of andere polymeren. Dit is belangrijk, omdat de delen die het soldeer verbindt bij verhitting uitzetten en krimpen, vaak met wisselende snelheden tussen twee delen van verschillende samenstelling. Afnemende compliantie is vaak de ondergang van conventioneel soldeer, als ze broos worden bij herhaald gebruik, hun vermogen om warmte te geleiden in de loop van de tijd aantasten. Volgens Shen, de compliantie van supersoldeer is twee tot drie ordes van grootte hoger dan bij deze materialen.

In een experiment dat zijn team uitvoerde, werd een supersoldeerassemblage vergeleken met een conventionele soldeerassemblage van tin. Terwijl het conventionele soldeer na minder dan 300 uur fietsen in thermische geleiding begon af te nemen, de supersoldeer bleef na meer dan 600 uur op maximale thermische geleidbaarheid werken. In feite, het presteerde zo goed dat de exacte limieten nog steeds onbekend zijn.

"We weten dat het door kan gaan, "zegt Shen. "De enige reden waarom we het experiment beëindigden, was omdat we de krant moesten publiceren!"

Terwijl de bovengrenzen van het vermogen van supersoldeer nog steeds worden onderzocht, zijn potentiële toekomstige toepassingen zijn duidelijk te zien. Supersolder zou conventioneel soldeer kunnen vervangen in elektronische systemen, variërend van micro- en draagbare elektronica tot datacenters ter grootte van een magazijn, het verlagen van temperaturen om aanzienlijke verbeteringen in vermogensdichtheid en betrouwbaarheid mogelijk te maken. Alles wat conventioneel soldeer kan doen, supersolder kan het beter doen - bijna.

Hoewel Shen erg blij is met de resultaten van supersolder, zijn werk is nog niet voltooid; hij ziet nog ruimte voor verbetering. Het materiaal is elektrisch geleidend:een eigenschap die bij bepaalde toepassingen ongewenst is. Daarom, zijn volgende doel is om een ​​versie van supersoldeer te maken die zijn thermische geleidbaarheid kan behouden, terwijl het fungeert als een elektrische isolator.

Na vier jaar werken, er is weinig dat hem ervan kan weerhouden zijn materiaal te perfectioneren.

"Het idee is heel simpel:je hebt een uitdaging, en je blijft proberen totdat het lukt."