Koud lassen op nanoschaal

Het was niet eens waar de Amerikaanse wetenschappers van Rice University in Texas naar op zoek waren. De bedoeling was eigenlijk om van een paar nanometer dikke gouddraadjes de treksterkte te meten. Door het ene eind vast te maken aan een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) trokken ze met een microscopische naald van een atomic force microscope (AFM) de draad uit elkaar. Hierbij ging de draad wel eens kapot, maar tot hun stomme verbazing herstelde de breuk zich vrijwel meteen weer. De draad bleek vervolgens nog net zo sterk te zijn als voordat die brak.

Na wat onderzoek te doen realizeerde de groep zich pas dat hier iets bijzonders aan de hand was. Dat twee stukjes metaal zo met elkaar versmelten tot een net zo sterk materiaal is ongekend in de natuur. Normaal gesproken kan het alleen door te lassen. Daarbij moet je een hoge temperatuur gebruiken. Denk maar aan de grote vonken die ontstaan als iemand aan het lassen is.

Het traditionele lassen gaat gepaard met veel hete vonken.

L&C Schoonhoven

Dat het op macroschaal ook ‘koud’ kan, is overigens wel bekend. Maar dat kon vooralsnog alleen bij hele hoge druk en in vacuüm. De Amerikaanse wetenschappers hebben nu onder een elektronenmicroscoop gezien dat nanodraadjes ook zónder hoge druk en vacuüm kunnen samensmelten. Ze lieten trouwens ook zien dat het kan met twee zilveren nanodraadjes of een zilveren met een gouden nanodraadje.

Ze lieten de draadjes meerdere keren breken en herstellen. Nooit braken de draadjes op dezelfde plek. En altijd bleven de elektrische eigenschappen hetzelfde. Een voorwaarde voor een succesvolle lijmpoging was wel dat de ordening van atomen in de twee losse stukjes dezelfde richting moest hebben.

De wetenschappers denken dat deze ontdekking nuttig is voor elektronica op moleculaire schaal, wat nog snellere en kleinere chips mogelijk maakt. Deze chips bevatten waarschijnlijk grote hoeveelheden nanodraadjes op een klein oppervlak. Hoge temperaturen zouden de sterkte of geleiding van materialen op nanoschaal kunnen aantasten. Maar met deze vondst kan ‘nano-elektronica’ zonder soldeerwerk in elkaar gezet worden.