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Nanoglue para electrónica
Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer, en Troy, Nueva York, han descubierto que ciertas moléculas orgánicas de nanómetros de largo pueden unir dos superficies que normalmente no se adhieren bien. Sorprendentemente, el poder adhesivo aumenta cuando el nanopegamento se expone a temperaturas muy altas.
Nano superpegamento: Las moléculas orgánicas compuestas por una cadena de átomos de carbono e hidrógeno con azufre (azul) en un extremo y silicio (verde) en el otro, mantienen unidos el cobre y el dióxido de silicio. Las moléculas se organizan y se alinean una al lado de la otra, y su fuerza adhesiva aumenta a temperaturas muy altas de hasta 700 ºC.
Las moléculas podrían usarse como un pegamento económico y fácil de aplicar en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el pegamento de nanómetros de espesor podría usarse para unir pequeños componentes electrónicos, ya que los transistores y los cables de los chips de computadora continúan encogiéndose, dice Ganapathiraman Ramanath , profesor de ciencia e ingeniería de materiales que dirigió el estudio, que se publicó en Naturaleza la semana pasada.
El nanopegamento, que pertenece a una clase de compuestos llamados organosilanos, consta de una cadena de átomos de carbono e hidrógeno con azufre en un extremo y silicio en el otro. La cadena molecular normalmente se desintegra a temperaturas superiores a 300 a 400 ºC. Pero Ramanath y sus colegas han descubierto que cuando intercalan las moléculas entre cobre y dióxido de silicio, las moléculas no solo unen los dos materiales, sino que el vínculo se fortalece a temperaturas más altas. A temperatura ambiente, la unión resultante es tres veces más fuerte que una unión directa entre el cobre y la sílice. A 700 ºC, la unión es 10 veces más fuerte de lo normal.
Una ventaja del pegamento es lo poco que se necesita. Se pueden lograr resistencias de encolado similares con capas adhesivas muy gruesas, pero no con capas tan delgadas, dice Ramanath. Dado que una sola capa de moléculas de organosilano dispuestas una al lado de la otra contiene el cobre y la sílice, el grosor de la capa adhesiva es la longitud de una sola molécula: cerca de un nanómetro. A 35 centavos el gramo, el nuevo pegamento es asequible. Y debería ser fácil de aplicar porque las moléculas tienden a organizarse en la orientación adecuada en la superficie como soldados, dice Ramanath. Todos están uno al lado del otro y se alinean bastante cerca.
Además, los investigadores esperan poder adaptar el nanopegamento para que se adhiera a diferentes materiales. Al unir grupos químicos apropiados en los dos extremos de la cadena molecular, los investigadores podrían diseñar nuevos tipos de moléculas de organosilano para unir otros materiales diferentes, como aislantes y semiconductores, o metales y semiconductores.
La creciente fuerza adhesiva del organosilano a temperaturas más altas es anómala y contraria a la sabiduría convencional, dice Om Nalamasu, vicepresidente y director de tecnología de Materiales aplicados , con sede en Santa Clara, CA, que suministra equipos de fabricación a la industria de semiconductores. Esto podría tener aplicaciones interesantes y podría abrir algunas ideas y conceptos nuevos.
Una aplicación importante podría ser pegar cables de cobre que conectan los distintos componentes de los chips de computadora. Los alambres de cobre se depositan sobre capas aislantes de dióxido de silicio en un chip de computadora para evitar que las señales de los alambres se mezclen entre sí. Pero el cobre no se adhiere firmemente al dióxido de silicio y las moléculas de cobre se difunden en la sílice. Existe una gran necesidad de aislar las interfaces químicamente, dice Ramanath. No quiere que se mezclen, pero quiere adherencia.
Los fabricantes de chips utilizan actualmente capas de materiales como el tantalio o el titanio de al menos 10 nanómetros de espesor entre el cobre y el dióxido de silicio. Pero a medida que los tamaños de los dispositivos en chips de computadora de alto rendimiento se sumergen en el rango de los nanómetros, el nuevo nanoglue, que es 10 veces más delgado, sería un reemplazo ideal. Con el aumento de la miniaturización, no puede permitirse desperdiciar bienes raíces en cosas que no hacen otra cosa que mantener las cosas juntas, dice Ramanath.