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Nanocolla per l'elettronica
I ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute, a Troy, NY, hanno scoperto che alcune molecole organiche lunghe nanometri possono legare due superfici che normalmente non si attaccano bene. Sorprendentemente, il potere adesivo aumenta quando la nanocolla è esposta a temperature molto elevate.
Nano supercolla: Molecole organiche costituite da una catena di atomi di carbonio e idrogeno con zolfo (blu) a un'estremità e silicio (verde) all'altra tengono insieme rame e biossido di silicio. Le molecole si organizzano e si allineano l'una accanto all'altra e la loro forza adesiva aumenta a temperature molto elevate, fino a 700 ºC.
Le molecole potrebbero essere utilizzate come colla economica e facile da applicare in una varietà di applicazioni. Ad esempio, la colla dello spessore di un nanometro potrebbe essere utilizzata per tenere insieme minuscoli componenti elettronici, poiché i transistor e i fili sui chip dei computer continuano a ridursi, afferma Ganapathiraman Ramanath , un professore di scienze dei materiali e ingegneria che ha guidato lo studio, che è stato pubblicato in Natura la scorsa settimana.
La nanocolla, che appartiene a una classe di composti chiamati organosilani, è costituita da una catena di atomi di carbonio e idrogeno con zolfo ad un'estremità e silicio all'altra. La catena molecolare normalmente si disintegra a temperature superiori a 300-400 ºC. Ma Ramanath e i suoi colleghi hanno scoperto che quando inseriscono le molecole tra rame e biossido di silicio, le molecole non solo legano insieme i due materiali, ma il legame si rafforza a temperature più elevate. A temperatura ambiente, il legame risultante è tre volte più forte di un legame diretto tra rame e silice. A 700 ºC, il legame è 10 volte più forte del normale.
Un vantaggio della colla è la poca quantità necessaria. Simili forze di incollaggio possono essere ottenute con strati adesivi molto spessi ma non con strati così sottili, afferma Ramanath. Poiché un singolo strato delle molecole di organosilano disposte fianco a fianco trattiene il rame e la silice, lo spessore dello strato adesivo è la lunghezza di una singola molecola: vicino a un nanometro. A 35 centesimi al grammo, la nuova colla è conveniente. E dovrebbe essere facile da applicare perché le molecole tendono ad organizzarsi nel giusto orientamento sulla superficie come soldati, dice Ramanath. Stanno tutti uno accanto all'altro e si allineano abbastanza da vicino.
Inoltre, i ricercatori si aspettano di poter adattare la nanocolla per aderire a materiali diversi. Attaccando gruppi chimici appropriati alle due estremità della catena molecolare, i ricercatori potrebbero progettare nuovi tipi di molecole di organosilano per incollare insieme altri materiali dissimili, come isolanti e semiconduttori, o metallo e semiconduttori.
La crescente forza adesiva dell'organosilano a temperature più elevate è anomala e contraria alla saggezza convenzionale, afferma Om Nalamasu, vicepresidente e chief technology officer di Materiali applicati , con sede a Santa Clara, in California, che fornisce apparecchiature di fabbricazione all'industria dei semiconduttori. Questo potrebbe avere applicazioni pulite e potrebbe aprire nuove idee e nuovi concetti.
Un'applicazione importante potrebbe essere l'incollaggio di fili di rame che collegano i vari componenti sui chip del computer. I fili di rame vengono depositati su strati isolanti di biossido di silicio su un chip del computer per evitare che i segnali dei fili si mescolino tra loro. Ma il rame non si attacca saldamente al biossido di silicio e le molecole di rame si diffondono nella silice. C'è un grande bisogno di isolare chimicamente le interfacce, dice Ramanath. Non vuoi che si mescolino, ma vuoi l'adesione.
I produttori di chip attualmente utilizzano strati di materiali spessi almeno 10 nanometri come il tantalio o il titanio tra il rame e il biossido di silicio. Ma poiché le dimensioni dei dispositivi su chip per computer ad alte prestazioni si tuffano nell'intervallo dei nanometri, la nuova nanocolla, che è 10 volte più sottile, sarebbe un sostituto ideale. Con l'aumento della miniaturizzazione, non puoi permetterti di sprecare immobili in cose che non fanno altro che tenere insieme le cose, dice Ramanath.