«Липучка» из углеродных нановолокон
 Фото созданного "коннектора" и изображения наноструктуры его поверхности, полученные при помощи электронного микроскопа. |
|
||||||||
Принцип действия обычного клея основан на его взаимодействии с поверхностью на молекулярном уровне, а именно, на адгезии, обусловленной вандерваальсовыми силами, возникновением химических связей, взаимной диффузией и т.п. Сходные принципы работают и при использовании пайки. Разработка более удачных способов скрепления двух поверхностей обычно сводится к поиску наиболее подходящих химических соединений, обеспечивающих нужные поверхностные взаимодействия. Однако, бурное развитие нанотехнологий открыло еще один путь – поиск правильной структуры для поверхностного взаимодействия.
Так, например, группа исследователей из департамента электротехники и компьютерных технологий (Department of Electrical Engineering and Computer Sciences) Калифорнийского Университета (University of California) предложила использовать для скрепления между собой двух образцов со сложным рельефом пленку, состоящую на микроскопическом уровне из углеродных нановолокон, перпендикулярных подложке (так называемого «леса» нановолокон). В частности, ученые применяли в своих экспериментах волокна толщиной 50 – 100 нм, формирующие «леса», высотой 10 – 12 мкм. Подобные идеи высказывались и ранее, но главной разработкой группы из Беркли стала методика переноса сформированных на кремниевом основании «лесов» на гибкую пластиковую подложку без разрушения наноструктур. Новая методика позволила значительно расширить сферу применения разработанных соединителей.
Реализованный «лес» нановолокон является универсальным средством соединения поверхностей, благодаря тому, что перпендикулярно расположенные отдельные структурные элементы позволяют повторять неровности рельефа. При этом созданный контакт может быть легко разорван: «лес» может быть отсоединен от поверхности так же легко, как и присоединен к ней. К слову, для идеальных плоскостей такой вариант не очень подходит: «лес» плохо «прилипает» к совершенно гладкому рельефу из-за малых вандерваальсовых сил. Зато наилучший эффект наблюдается при соединении с поверхностями, близкими по структуре к используемым нановолокнам, – т.е. обладающими теми же масштабами неровностей рельефа. Ведь в этом случае эффективная площадь контакта с «лесом» возрастает в 1000 раз, что позволяет значительно усилить контакт. «Лес» в буквальном смысле держится за неровности рельефа, ведь волокна практически не испытывают притяжения, находясь перпендикулярно к поверхности.
Сила такого анизотропного притяжения может управляться за счет параметров выращиваемого «леса» - частоты и принципов расположения углеродных нановолокон. К примеру, когда волокна параллельны друг другу, измеренная на эксперименте сила адгезии составляет около 16 Ньютонов на квадратный сантиметр. Измерения с использованием непараллельных «лесов» дали вчетверо меньший результат.
Разработанный материал мог бы использоваться в будущем для простого и легкого соединения электронных компонент при построении интегральных схем. А на данный момент исследования группы продолжатся в направлении поиска более точных способов контроля силы притяжения к поверхности.
Также по теме:
Источники: