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Batendo a pressão sobre a nanoescala

Published on February 15, 2010 at 6:30 PM

Soldagem utiliza o calor para se juntar pedaços de metal em tudo, desde os circuitos de arranha-céus. Mas Rice University pesquisadores descobriram uma maneira de bater o calor em nanoescala.

Junho Lou, um professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais, e seu grupo descobriram que os fios de ouro entre três e 10 bilionésimos bilionésimos de um metro de largura de solda-se muito bem juntos - sem calor.

Eles relatam na edição online de hoje da revista Nature Nanotechnology, que nanofios de ouro limpo, com idêntica estruturas atômicas se fundirão em um único fio que não perde nenhuma de suas propriedades elétricas e mecânicas. O processo funciona tão bem com nanofios de prata, que se ligam entre si ou com ouro.

Este processo de soldagem a frio tem sido observado na escala macro, durante décadas, disse Lou. Limpo, pedaços de metais semelhante pode ser feito para unir sob alta pressão e em um vácuo. Mas só Lou e seus colegas têm visto o processo acontecerá em nanoescala, sob um microscópio eletrônico.

Como tantas vezes acontece em pesquisa básica, não é isso que eles estavam procurando em tudo. Lou e Rice estudante Yang Lu, com colaboradores no Sandia National Laboratories e da Universidade de Brown, estavam tentando determinar a resistência à tração de nanofios de ouro, anexando uma extremidade de um fio a uma sonda em um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) e outro para uma mola cantilever minúsculo chamado de microscopia de força atômica sonda (AFM).

Puxar o fio para além deu à equipe uma medida de sua força. O que eles não esperavam ver era o fio quebrado remendar-se quando suas extremidades laterais ou tocado. As medições mostraram o fio reconectado era tão forte quanto antes.

"Antes que você pode realmente esticar algo, é preciso apertá-lo bem", disse Lou, que recebeu uma concessão de Jovens Investigadores Programa de Pesquisa do Escritório de Pesquisas da Força Aérea Patrocinado no ano passado. "Durante o processo de manipulação, observamos este tipo de comportamento de soldagem o tempo todo.

"Inicialmente, nós não prestamos atenção a ela porque ela não parece significativa. Mas depois de fazer uma pequena pesquisa sobre o campo, eu percebi que descobriu algo que pode ser útil."

Em testes, Lou encontrou os nanofios podem ser agarrados e soldados muitas vezes. Fios Mended nunca quebrou de novo no mesmo local, o que atesta a força do novo vínculo.

Propriedades elétricas do fio também pareceu afetado pelo rompimento repetidas e soldagem. "Nós quebrar um fio e reweld-lo 11 vezes e verifique as propriedades elétricas de cada vez. Todos os números foram muito próximos", disse ele.

As chaves para uma solda bem-sucedidos são a única estrutura de nanofios é cristalina e orientação correspondente. "Há uma grande quantidade de átomos de superfície, muito ativo, que participam da difusão em escala nanométrica", disse Lou. "Tentamos de ouro e prata, e solda da mesma forma, desde que você satisfazer a exigência de orientação cristalina."

Lou vê a descoberta de abertura de novos caminhos para os pesquisadores olhando em escala molecular eletrônica. Ele disse que equipes de Harvard e Noroeste estão trabalhando em maneiras de matrizes padrão de nanofios, e incorporando solda fria poderia simplificar seus processos. "Se você está construindo alta densidade dispositivos eletrônicos, estes tipos de fenômenos será muito útil", disse ele, observando que as soldas induzidas pelo calor sobre a correr em nanoescala o risco de danificar a força dos materiais ou condutividade.

Lou disse que a descoberta causou um rebuliço entre os poucos que ele disse. "Diferentes pessoas ver aspectos diferentes: os engenheiros elétricos ver o lado da aplicação pessoas física Teoria ver alguns interessantes por trás deste comportamento Esperamos que este trabalho irá incentivar o estudo mais fundamental..."

O papel de co-autores incluem Jian Yu Huang, um cientista do Centro de Nanotecnologias integrado no Sandia National Laboratories, e Professor Shouheng Sol e ex-estudante Wang Chao, da Universidade Brown.

A National Science Foundation e do Instituto de Pesquisas da Força Aérea Patrocinado apoiou o projeto.

Last Update: 6. October 2011 03:22

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