(PhysOrg.com) -- Le soudage utilise la chaleur pour assembler des morceaux de métal dans tout, des circuits aux gratte-ciel. Mais les chercheurs de l'Université Rice ont trouvé un moyen de combattre la chaleur à l'échelle nanométrique.

Jun Lou, professeur assistant en génie mécanique et science des matériaux, et son groupe ont découvert que les fils d'or entre trois milliardièmes et 10 milliardièmes de mètre de large se soudent assez bien - sans chaleur.

Ils rapportent dans l'édition en ligne d'aujourd'hui du journal Nature Nanotechnologie que des nanofils d'or propres avec des structures atomiques identiques vont fusionner en un seul fil qui ne perd aucune de ses propriétés électriques et mécaniques. Le procédé fonctionne aussi bien avec des nanofils d'argent, qui se lient entre eux ou avec de l'or.

Ce processus de soudage à froid est observé à l'échelle macro depuis des décennies, dit Lou. Nettoyer, des morceaux plats de métaux similaires peuvent être faits pour se lier sous haute pression et sous vide. Mais seuls Lou et ses collègues ont vu le processus se dérouler à l'échelle nanométrique, sous un microscope électronique.

Comme cela arrive souvent en recherche fondamentale, ce n'est pas du tout ce qu'ils cherchaient. Lou et Rice étudiant diplômé Yang Lu, avec des collaborateurs des laboratoires nationaux Sandia et de l'université Brown, essayaient de déterminer la résistance à la traction des nanofils d'or en attachant une extrémité d'un fil à une sonde dans un microscope électronique à transmission (MET) et l'autre à un minuscule ressort en porte-à-faux appelé sonde de microscopie à force atomique (AFM).

Le fait de séparer le fil a donné à l'équipe une mesure de sa force. Ce qu'ils ne s'attendaient pas à voir, c'était le fil cassé se réparant lorsque ses extrémités ou ses côtés se touchaient. Les mesures ont montré que le fil reconnecté était aussi solide qu'avant.

"Avant de pouvoir réellement étirer quelque chose, il faut bien le serrer, " dit Lou, qui a reçu une subvention du programme de recherche pour jeunes chercheurs du Bureau de la recherche parrainée de la Force aérienne l'année dernière. « Pendant le processus de manipulation, nous avons observé ce type de comportement de soudage tout le temps.

"Initialement, nous n'y avons pas prêté attention car cela ne semblait pas important. Mais après avoir fait quelques recherches sur le terrain, J'ai réalisé que nous avions découvert quelque chose qui pourrait être utile."

En test, Lou a découvert que les nanofils pouvaient être cassés et soudés plusieurs fois. Les fils réparés ne se sont plus jamais cassés au même endroit; cela atteste de la force du nouveau lien.

Les propriétés électriques du fil ne semblaient pas non plus affectées par les ruptures et les soudures répétées. "Nous cassions un fil et le ressoudions 11 fois et vérifiions les propriétés électriques à chaque fois. Tous les chiffres étaient très proches, " il a dit.

Les clés d'une soudure réussie sont la structure monocristalline du nanofil et l'orientation correspondante. "Il y a beaucoup d'atomes de surface, très actif, qui participent à la diffusion à l'échelle nanométrique, " dit Lou. " Nous avons essayé l'or et l'argent, et ils se soudent de la même manière tant que vous répondez à l'exigence d'orientation cristalline."

Lou voit la découverte ouvrir de nouvelles voies pour les chercheurs qui étudient l'électronique à l'échelle moléculaire. Il a déclaré que les équipes de Harvard et de Northwestern travaillaient sur des moyens de modéliser des réseaux de nanofils, et l'incorporation du soudage à froid pourrait simplifier leurs processus. "Si vous construisez des appareils électroniques à haute densité, ce genre de phénomènes sera très utile, " il a dit, notant que les soudures induites par la chaleur à l'échelle nanométrique risquent d'endommager la résistance ou la conductivité des matériaux.

Lou a déclaré que la découverte avait fait sensation parmi les rares personnes qu'on lui avait racontées. "Différentes personnes voient différents aspects :les ingénieurs électriciens voient le côté application. Les gens de la théorie voient une physique intéressante derrière ce comportement. Nous espérons que cet article encouragera une étude plus fondamentale."

Les co-auteurs de l'article incluent Jian Yu Huang, un scientifique au Center for Integrated Nanotechnologies des Sandia National Laboratories; et le professeur Shouheng Sun et l'ancien étudiant diplômé Chao Wang de l'Université Brown.