Quasi tutta l'elettronica della nostra vita - computer, stereo, tostapane - contiene circuiti stampati su cui vengono saldati diversi componenti. Questa saldatura viene spesso eseguita a mano, una procedura incredibilmente delicata con poco spazio per l'errore.
Ma ora, questa saldatura potrebbe essere un ricordo del passato. Un team di ricercatori della Northeastern University di Boston ha escogitato un modo per "incollare" metallo su metallo a temperatura ambiente, senza necessità di calore.
Hanchen Huang, professore e presidente del dipartimento di ingegneria meccanica e industriale del Nord-Est, e due dei suoi studenti di dottorato hanno elaborato il processo, che chiamano MesoGlue. La ricerca del team è stata pubblicata questo mese sulla rivista Advanced Materials and Processes .
Il processo funziona sfruttando i nanorod metallici: minuscole barre di metallo larghe solo 10 o 20 nanometri, rivestite con iridio da un lato e gallio dall'altro. Le aste sono disposte in linee su un substrato superiore e inferiore, come i denti su una cerniera. Quando i denti sono intrecciati, l'iridio e il gallio si toccano e diventano liquidi. Quindi, il nucleo dei nanorod metallici trasforma quel liquido in un solido, creando un legame solido. L'intero processo richiede meno di un minuto.
"Succede a temperatura ambiente, praticamente con la semplice pressione delle dita", afferma Huang.
A differenza della normale colla polimerica, la colla metallica rimane resistente alle alte temperature e alle alte pressioni. È anche un eccellente conduttore di calore ed elettricità e resiste alle perdite di aria e gas.
Come funziona MesoGlue (Northeastern University) MesoGlue può essere utilizzato per collegare componenti ai circuiti senza saldare. Ciò elimina il rischio che il processo di saldatura danneggi altri elementi sul circuito, un problema di lunga data nella creazione del circuito. MesoGlue potrebbe anche essere utile nei dissipatori di calore, i componenti che impediscono il surriscaldamento dell'elettronica. In genere i dissipatori di calore utilizzano il cosiddetto "grasso termico" o "pasta termica", un adesivo conduttivo utilizzato per riempire gli spazi tra il dissipatore di calore e la fonte di calore. Questo è importante perché tiene fuori l'aria che altrimenti fungerebbe da isolante e ridurrebbe le prestazioni del dissipatore di calore. MesoGlue potrebbe sostituire il grasso termico tradizionale, poiché ha una conduttività termica più elevata e non è soggetto a secchezza. In definitiva, la maggiore efficienza della dissipazione del calore potrebbe allungare la vita del prodotto elettronico. MesoGlue potrebbe anche rivelarsi utile per il collegamento di raccordi per tubi in luoghi in cui non è possibile eseguire la saldatura, ad esempio sott'acqua o nello spazio. Dal momento che nessun legame è causato da calore, elettricità o gas, non c'è rischio di esplosioni o altre reazioni pericolose.
Huang e il suo team hanno lavorato sulla tecnologia dei nanorod per una dozzina di anni. Huang attribuisce gran parte del suo successo al continuo supporto dell'Ufficio delle Scienze energetiche di base (BES) del Dipartimento dell'Energia, che ha dato al suo laboratorio finanziamenti a lungo termine.
"In questo paese, abbiamo solo pochissime agenzie che supportano la scienza e la ricerca di base a lungo termine", afferma. "[BES] è un'agenzia che fa davvero un investimento a lungo termine e che può davvero avere un impatto".
Huang e i suoi studenti hanno ricevuto un brevetto provvisorio per il processo MesoGlue e hanno lanciato una società per vendere il prodotto. Sono attualmente in trattative con vari settori sui possibili usi. Huang vede MesoGlue utilizzato in applicazioni sia quotidiane che straordinarie. Anche se la colla sarà probabilmente troppo costosa per l'uso domestico ordinario (nessuna arte maccheroni incollata al gallio-iridio per il tuo frigorifero, mi dispiace), la colla potrebbe facilmente sostituire la saldatura nell'elettronica domestica ordinaria - telefoni, computer, televisione - dice. Potrebbe anche essere utilizzato nella tecnologia militare e aerospaziale, dove l'elettronica deve reggere sotto una forza estrema.
"La tecnologia è pronta, ma deve essere integrata nei processi [di varie applicazioni]", afferma Huang. E questo, aggiunge, potrebbe richiedere un mese, forse un anno. "Davvero non lo so", dice.
