211service.com
Nanolijm voor elektronica
Onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, NY, hebben ontdekt dat bepaalde nanometerlange organische moleculen twee oppervlakken kunnen binden die normaal niet goed aan elkaar plakken. Verrassend genoeg neemt de kleefkracht toe wanneer de nanolijm wordt blootgesteld aan zeer hoge temperaturen.
Nano-superlijm: Organische moleculen gemaakt van een keten van koolstof- en waterstofatomen met zwavel (blauw) aan het ene uiteinde en silicium (groen) aan het andere, houden koper en siliciumdioxide bij elkaar. De moleculen organiseren zich en vormen zich naast elkaar, en hun hechtkracht neemt toe bij zeer hoge temperaturen tot 700 ºC.
De moleculen kunnen worden gebruikt als een goedkope, gemakkelijk aan te brengen lijm in een verscheidenheid aan toepassingen. De nanometer dikke lijm zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om kleine elektronische componenten bij elkaar te houden, aangezien transistors en draden op computerchips blijven krimpen, zegt Ganapathiraman Ramanath , een professor materiaalwetenschappen en techniek die de studie leidde, die werd gepubliceerd in Natuur vorige week.
De nanolijm, die behoort tot een klasse van verbindingen die organosilanen worden genoemd, bestaat uit een keten van koolstof- en waterstofatomen met aan het ene uiteinde zwavel en aan het andere uiteinde silicium. De molecuulketen valt normaal gesproken uiteen bij temperaturen boven 300 tot 400 ºC. Maar Ramanath en zijn collega's hebben ontdekt dat wanneer ze de moleculen tussen koper en siliciumdioxide klemmen, de moleculen niet alleen de twee materialen aan elkaar binden, maar dat de binding sterker wordt bij hogere temperaturen. Bij kamertemperatuur is de resulterende binding drie keer sterker dan een directe binding tussen koper en silica. Bij 700 ºC is de binding 10 keer sterker dan normaal.
Een voordeel van de lijm is dat er zo weinig van nodig is. Vergelijkbare lijmsterktes kunnen worden bereikt met zeer dikke lijmlagen, maar niet met zulke dunne lagen, zegt Ramanath. Aangezien een enkele laag van de organosilaanmoleculen die naast elkaar zijn gerangschikt het koper en silica vasthoudt, is de dikte van de kleeflaag de lengte van een enkel molecuul: bijna een nanometer. Voor 35 cent per gram is de nieuwe lijm betaalbaar. En het moet gemakkelijk aan te brengen zijn, omdat de moleculen de neiging hebben om zich als soldaten in de juiste richting op het oppervlak te ordenen, zegt Ramanath. Ze staan allemaal naast elkaar en sluiten vrij dicht op elkaar aan.
Bovendien verwachten de onderzoekers dat ze de nanolijm kunnen afstemmen op verschillende materialen. Door geschikte chemische groepen aan de twee uiteinden van de moleculaire keten te bevestigen, konden onderzoekers nieuwe soorten organosilaanmoleculen ontwikkelen om andere ongelijke materialen aan elkaar te lijmen, zoals isolatoren en halfgeleiders, of metaal en halfgeleiders.
De toenemende kleefkracht van organosilaan bij hogere temperaturen is abnormaal en in strijd met de conventionele wijsheid, zegt Om Nalamasu, een vice-president en chief technology officer bij Toegepaste materialen , gevestigd in Santa Clara, CA, die fabricageapparatuur levert aan de halfgeleiderindustrie. Dit kan leuke toepassingen hebben en kan nieuwe ideeën en nieuwe concepten openen.
Een belangrijke toepassing zou het lijmen van koperdraden kunnen zijn die de verschillende componenten op computerchips met elkaar verbinden. Koperdraden worden afgezet op isolerende siliciumdioxidelagen op een computerchip om te voorkomen dat de signalen van de draden met elkaar vermengen. Maar koper plakt niet stevig aan het siliciumdioxide en kopermoleculen diffunderen in het siliciumdioxide. Er is een grote behoefte om de interfaces chemisch te isoleren, zegt Ramanath. Je wilt niet dat ze zich vermengen, maar je wilt toch hechting.
Chipfabrikanten gebruiken momenteel minimaal 10 nanometer dikke lagen van materialen als tantaal of titanium tussen het koper en siliciumdioxide. Maar aangezien de apparaatgroottes op krachtige computerchips in het nanometerbereik duiken, zou de nieuwe nanolijm, die 10 keer dunner is, een ideale vervanging zijn. Met toenemende miniaturisatie kun je het je niet veroorloven om onroerend goed te verspillen aan dingen die niets anders doen dan dingen bij elkaar te houden, zegt Ramanath.