Σχεδόν όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές στη ζωή μας - οι υπολογιστές, τα στερεοφωνικά συστήματα, οι φρυγανιέρες - περιέχουν πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων πάνω στις οποίες συγκολλούνται διάφορα εξαρτήματα. Αυτή η συγκόλληση γίνεται συχνά με το χέρι, μια εξαιρετικά λεπτή διαδικασία με ελάχιστο χώρο για σφάλματα.
Αλλά τώρα, αυτή η συγκόλληση μπορεί να είναι κάτι του παρελθόντος. Μια ομάδα ερευνητών στο Βορειοανατολικό Πανεπιστήμιο της Βοστόνης έχουν βρει έναν τρόπο να "κολλήσουν" το μέταλλο σε μέταλλο σε θερμοκρασία δωματίου, χωρίς θερμότητα.
Ο Hanchen Huang, καθηγητής και πρόεδρος του τμήματος μηχανικής και βιομηχανικής μηχανικής του Northeastern, και δύο από τους διδακτορικούς του σπουδαστές, ανέφεραν τη διαδικασία, την οποία αποκαλούν MesoGlue. Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύθηκε αυτό το μήνα στο περιοδικό Advanced Materials and Processes .
Η διαδικασία λειτουργεί εκμεταλλευόμενη τις μεταλλικές nanorods - μικροσκοπικές μεταλλικές ράβδους πλάτους μόλις 10 ή 20 nanometers, επικαλυμμένες με ιρίδιο στη μία πλευρά και γάλλιο από την άλλη. Οι ράβδοι είναι διατεταγμένες σε γραμμές πάνω και κάτω, όπως δόντια σε φερμουάρ. Όταν τα δόντια αλληλοσυνδέονται, το ιρίδιο και το γάλλιο αγγίζουν και γίνονται υγρά. Στη συνέχεια, ο πυρήνας των μεταλλικών nanorods μετατρέπει το υγρό σε ένα στερεό, δημιουργώντας έναν σταθερό δεσμό. Η όλη διαδικασία διαρκεί λιγότερο από ένα λεπτό.
"Συμβαίνει σε θερμοκρασία δωματίου, λίγο περισσότερο με την πίεση των δακτύλων σας", λέει ο Huang.
Σε αντίθεση με την τυπική κόλλα πολυμερούς, η μεταλλική κόλλα παραμένει ισχυρή σε υψηλές θερμοκρασίες και υπό υψηλή πίεση. Είναι επίσης ένας εξαιρετικός αγωγός θερμότητας και ηλεκτρισμού και αντιστέκεται στις διαρροές αέρα και αερίου.
Πώς λειτουργεί το MesoGlue (Πανεπιστήμιο Northeastern) Το MesoGlue μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσάρτηση εξαρτημάτων σε κυκλώματα χωρίς συγκόλληση. Αυτό εξαλείφει τον κίνδυνο της διαδικασίας συγκόλλησης να καταστρέψει άλλα στοιχεία στην πλακέτα κυκλωμάτων, ένα μακροπρόθεσμο πρόβλημα στη δημιουργία κυκλωμάτων. Το MesoGlue θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμο στους ψύκτες θερμότητας, τα στοιχεία που κρατούν τα ηλεκτρονικά από την υπερθέρμανση. Συνήθως, οι ψύκτες θερμότητας χρησιμοποιούν το λεγόμενο "θερμικό γράσο" ή "θερμική πάστα", μια αγώγιμη κόλλα που χρησιμοποιείται για να γεμίσει κενά μεταξύ της ψύκτρας και της πηγής θερμότητας. Αυτό είναι σημαντικό επειδή διατηρεί τον αέρα που διαφορετικά θα λειτουργούσε ως μονωτήρας και θα μείωνε την απόδοση της ψύκτρας. Το MesoGlue θα μπορούσε να αντικαταστήσει το παραδοσιακό θερμικό γράσο, καθώς έχει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα και δεν είναι επιρρεπές στο στέγνωμα. Τελικά, η αυξημένη απόδοση της απόδοσης θερμότητας θα μπορούσε να επιμηκύνει τη διάρκεια ζωής του ηλεκτρονικού προϊόντος. Το MesoGlue θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμο για την τοποθέτηση εξαρτημάτων σωληνώσεων σε μέρη όπου δεν είναι δυνατή η συγκόλληση - υποβρύχια, ας πούμε, ή στον εξωτερικό χώρο. Καθώς δεν υπάρχει καμιά θερμότητα, ηλεκτρική ενέργεια ή φυσικό αέριο στην κατασκευή του δεσμού, δεν υπάρχει κίνδυνος έκρηξης ή άλλων επικίνδυνων αντιδράσεων.
Ο Χουάνγκ και η ομάδα του εργάζονται εδώ και δώδεκα χρόνια για την τεχνολογία nanorod. Ο Huang αποδίδει μεγάλο μέρος της επιτυχίας του στη συνεχή υποστήριξη του Γραφείου Βασικών Ενεργειακών Επιστημών του Τμήματος Ενέργειας (BES), το οποίο έδωσε στο εργαστήριό του μακροπρόθεσμη χρηματοδότηση.
"Σε αυτή τη χώρα, έχουμε πολύ λίγα γραφεία που υποστηρίζουν μακροχρόνια βασική επιστήμη και έρευνα", λέει. "[BES] είναι μια αντιπροσωπεία που κάνει πραγματικά μια μακροπρόθεσμη επένδυση και αυτό μπορεί πραγματικά να έχει αντίκτυπο».
Ο Huang και οι μαθητές του έχουν λάβει προσωρινό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη διαδικασία MesoGlue και έχουν ξεκινήσει μια εταιρεία για να πουλήσουν το προϊόν. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε συνομιλίες με διάφορους κλάδους για πιθανές χρήσεις. Ο Huang βλέπει το MesoGlue να χρησιμοποιείται σε εφαρμογές τόσο καθημερινές όσο και εξαιρετικές. Αν και η κόλλα είναι πιθανό να είναι υπερβολικά δαπανηρή για συνηθισμένη οικιακή χρήση (δεν υπάρχει γαλλία-ιριδίου-κολλημένη μακαρόνια για το ψυγείο, λυπάμαι), η κόλλα θα μπορούσε εύκολα να αντικαταστήσει τη συγκόλληση σε συνηθισμένα οικιακά ηλεκτρονικά, υπολογιστές, τηλεόραση. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε στρατιωτική και αεροδιαστημική τεχνολογία, όπου τα ηλεκτρονικά πρέπει να κρατηθούν κάτω από εξαιρετική δύναμη.
"Η τεχνολογία είναι έτοιμη, αλλά πρέπει να ενσωματωθεί στις διαδικασίες [διαφόρων εφαρμογών]", λέει ο Huang. Και αυτό, προσθέτει, θα μπορούσε να πάρει ένα μήνα, ίσως ένα χρόνο. "Δεν ξέρω πραγματικά", λέει.
