Nesten all elektronikk i våre liv - datamaskiner, stereoanlegg, brødristere - inneholder kretskort som forskjellige komponenter er loddet på. Denne lodding gjøres ofte for hånd, en utrolig delikat prosedyre med lite rom for feil.
Men nå kan denne lodding være en saga blott. Et team av forskere ved Boston Northeastern University har funnet en måte å "lime" metall til metall i romtemperatur, uten varme.
Hanchen Huang, professor og styreleder for Northeasterns avdeling for mekanisk og industriell ingeniørvitenskap, og to av hans doktorgradsstudenter kom med prosessen, som de kaller MesoGlue. Teamets forskning ble publisert denne måneden i tidsskriftet Advanced Materials and Processes .
Prosessen fungerer ved å dra nytte av metalliske nanoroder - bittesmå metallstenger med bare 10 eller 20 nanometer bredde, belagt med iridium på den ene siden og gallium på den andre. Stengene er ordnet i linjer på et øvre og et nedre underlag, som tenner på en glidelås. Når tennene er sammenflettet, berører iridium og gallium seg og blir flytende. Deretter gjør kjernen i metalliske nanoroder den væsken til et fast stoff, og skaper en fast binding. Hele prosessen tar mindre enn ett minutt.
"Det skjer ved romtemperatur, stort sett bare med fingertupptrykket, " sier Huang.
I motsetning til standard polymerlim, forblir metalllimet sterkt ved høye temperaturer og under høyt trykk. Det er også en utmerket leder av varme og elektrisitet, og motstår luft- og gasslekkasjer.
Hvordan MesoGlue fungerer (Northeastern University) MesoGlue kan brukes til å feste komponenter til kretskort uten lodding. Dette eliminerer risikoen for at loddeprosessen skader andre elementer på kretskortet, et mangeårig problem i oppretting av kretskort. MesoGlue kan også være nyttig i kjøleribber, komponentene som forhindrer at elektronikken overopphetes. Vanligvis bruker varmeavleder det som kalles "termisk fett" eller "termisk pasta", et ledende lim som brukes til å fylle ut hull mellom kjøleribben og varmekilden. Dette er viktig fordi den holder ut luft som ellers vil fungere som en isolator og redusere kjølerens ytelse. MesoGlue kan erstatte tradisjonelt termisk fett, siden det har en høyere varmeledningsevne og ikke er utsatt for uttørking. Til syvende og sist kan den økte effektiviteten av varmespredning forlenge levetiden til det elektroniske produktet. MesoGlue kan også være nyttig for å feste rørdeler på steder der det ikke er mulig å sveise - under vann, for eksempel eller i det ytre rom. Siden ingen varme, elektrisitet eller gass er involvert i å lage bindingen, er det ingen fare for eksplosjoner eller andre farlige reaksjoner.
Huang og teamet hans har jobbet med nanorod-teknologien i et dusin år. Huang godkjenner mye av sin suksess til fortsatt støtte fra Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences (BES), som ga laboratoriet hans langsiktig finansiering.
"I dette landet har vi bare veldig få byråer som støtter langsiktig grunnleggende vitenskap og forskning, " sier han. "[BES] er et byrå som virkelig gjør en langsiktig investering, og som virkelig kan være virkningsfull."
Huang og studentene hans har mottatt et foreløpig patent på MesoGlue-prosessen, og har startet et selskap for å selge produktet. De er for tiden i samtaler med forskjellige bransjer om mulig bruk. Huang ser MesoGlue brukes i applikasjoner både til hverdags og ekstraordinær. Selv om limet sannsynligvis vil være altfor dyrt for vanlig husholdningsbruk (ingen gallium-iridium-limt makaronikunst for kjøleskapet ditt, beklager), kan limet lett erstatte lodding i vanlig husholdningselektronikk - telefoner, datamaskiner, TV - sier han. Det kan også brukes i militær- og romfartsteknologi, der elektronikk trenger å holde seg under ekstrem styrke.
"Teknologien er klar, men den må integreres i prosessene [i forskjellige applikasjoner], " sier Huang. Og det, legger han til, kan ta en måned, kanskje et år. "Jeg vet egentlig ikke, " sier han.
