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复合材料/胶粘剂 |
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新型纳米粘合剂“粘”无不胜 |
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| http://cn.newmaker.com
5/18/2007 11:51:00 AM
佳工机电网
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 美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的科学家最近开发出一种新型纳米粘合剂，能将通常无法相粘的材料接合起来。这种基于自组装纳米层的新型粘合剂在“粘性”和耐热程度上都是前所未有的，它将对包括下一代计算机芯片和能源制造在内的众多领域产生重大影响。相关论文发表在5月17日《自然》杂志上。
尽管市面上已经出现了纳米胶水（nanoglue），但此次的纳米粘合剂利用了全新的制备方法，表现出的性能也更好。它的厚度不到一纳米，而且造价低廉（每100克35美元），能够承受的温度远远超过人们的想象。更让人惊讶的是，该粘合剂的分子键受热时反而会得到加强。
领导该研究的是伦斯勒理工学院材料科学与工程学教授Ganapathiraman Ramanath，和许多科学发现一样，他的研究小组也是偶然开发出了这种高性能的纳米材料。
多年来，Ramanath一直尝试利用分子链形成的纳米层实现两种材料的接合，以提高电脑芯片中半导体结构的整体性、有效性和可靠性。他的小组此前研究证实，具有碳骨架的分子链如果两端加上合适的硅、氧或者硫元素，就能表现出较好的粘合性，并且能够防止两种材料的原子由于过热而发生混合。在最近的一些研究中，Ramanath的小组发现这些纳米层可以用于制造粘合剂、滑润剂以及保护涂层。
但是，这些纳米层的耐热性都不十分理想，温度超过400摄氏度，它们就会退化或者完全从材料表面脱离，这严重制约了其应用价值。
在最新的研究中，Ramanath的小组希望通过将纳米层夹在一层铜薄膜和一层硅薄膜之间，来加强纳米层中的分子键，进而提高粘合性。事实证明，这是一次收获颇丰的成功尝试。不仅中间纳米层的耐热程度增加，研究人员还发现，当温度超过400摄氏度后，包括与两层薄膜相邻的界面在内，整个纳米层的分子键都变得更强，并且这种现象会一直延续到700摄氏度。
这一出乎意料的发现让Ramanath十分惊讶，为了验证这不是侥幸成功，他的小组在过去两年里进行了50多次测试，得到的结果是一致的。温度升高会使整个纳米粘合剂界面的“粘性”增加5到7倍，而这样的强韧度之前只有微米级（1微米=1000纳米）的粘合层才能达到。
由于尺度更小、造价低廉并且性能优越，新的纳米粘合剂有望广泛用于微纳电子器件。此外，Ramanath认为，许多潜在的应用可能还无法预见，“新的纳米粘合剂有望成为连接任何两种不易接合材料的万能和经济的解决方法。”
新型纳米粘合剂示意图。通过将纳米层（绿球代表硅，蓝球代表硫，红球代表碳，白球代表氢）夹在一层铜薄膜和一层硅薄膜之间，纳米层中的分子键得到了加强，从而提高了粘合性。
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