در فرایند جوشکاری از حرارت برای اتصال قطعات فلزی در کاربردهای مختلف استفاده می‌شود. اما محققان دانشگاه رایس توانسته‌اند در مقیاس نانو استفاده از حرارت را حذف کنند. آنها کشف کرده‌اند که نانوسیم‌های طلا با قطر بین سه تا ده نانومتر بدون نیاز به حرارت به خوبی به یکدیگر جوش می‌خورند.
اتصال طبیعی نانوسیم‌های طلا و نقره
در فرایند جوشکاری از حرارت برای اتصال قطعات فلزی در کاربردهای مختلفی، از مدارات گرفته تا آسمان‌خراش‌ها استفاده می‌شود. اما محققان دانشگاه رایس توانسته‌اند در مقیاس نانو استفاده از حرارت را حذف کنند.
جون لو، استادیار مهندسی مکانیک و علوم مواد به همراه گروهش کشف کرده‌اند که نانوسیم‌های طلا با قطر بین سه تا ده نانومتر بدون نیاز به حرارت به خوبی به یکدیگر جوش می‌خورند.
آنها گزارش کرده‌اند که نانوسیم‌های تمیز طلا با ساختار اتمی یکسان بدون از دست دادن ویژگی‌های الکتریکی و مکانیکی‌شان در هم ادغام شده و به یک نانوسیم تبدیل می‌شوند. این پدیده میان نانوسیم‌های نقره و هنگام اتصال نانوسیم‌های نقره و طلا به یکدیگر نیز اتفاق می‌افتد.
لو می‌گوید فرایند جوشکاری سرد سال‌هاست که در مقیاس ماکرو مشاهده شده است. می‌توان قطعات فلزی تمیز، صاف و مشابه را تحت فشار بالا و در خلأ به یکدیگر متصل کرد. اما این برای اولین بار است که این پدیده در مقیاس نانو و در زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده می‌شود.
همانگونه که در بیشتر تحقیقات بنیادی اتفاق می‌افتد، این پدیده چیزی نبود که آنها به دنبالش باشند. لو و همکارانش تلاش می‌کردند استحکام کششی نانوسیم‌های طلا را از طریق اتصال یک سر سیم به روبشگر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و سر دیگر آن به روبشگر میکروسکوپ نیروی اتمی اندازه‌گیری (AFM) کنند.
آنها با کشیدن نانوسیم تا حد پاره شدن، استحکام آن را اندازه گرفتند. چیزی که انتظارش را نداشتند این بود که اگر یک بخش از سیمِ پاره شده از انتها یا کناره با بخش دیگر آن اتصال برقرار کند، خود را ترمیم می‌کند. اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که استحکام سیم ترمیم شده به اندازه استحکام سیم اولیه است.
لو می‌گوید: «قبل از اینکه چیزی را بکشید باید آن را محکم با گیره نگهدارید. در طول فرایند دستکاری ما همیشه این جوش خوردن را مشاهده کردیم. ابتدا اهمیت زیادی به این پدیده ندادیم، زیرا فکر نمی‌کردیم مهم باشد. اما پس از انجام تحقیقات متوجه شدیم پدیده‌ای کشف کرده‌ایم که می‌تواند مهم باشد».
لو در بررسی‌های خود دریافت که این نانوسیم‌ها می‌توانند بارها پاره شده و جوش بخورند. سیم‌های ترمیم شده (جوش خورده) هرگز ار نقطه پارگی اولیه نمی‌گسستند. این امر استحکام جوش‌خوردگی را نشان می‌دهد.
همچنین شکستن و جوش خوردن ممتد بر ویژگی‌های الکتریکی این نانوسیم‌ها تأثیری نداشت. نقطه کلیدی در جوش خوردن موفق این نانوسیم‌ها، ساختار تک‌بلوری آنهاست.
جزئیات این تحقیق به صورت آنلاین در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.
