Новое слово в материаловедении – мономолекулярный наноклей

Учёные из политехнического института Ренселлера (Rensselaer Polytechnic Institute) создали мономолекулярный клей, который может склеивать практически любые поверхности. По словам ученых, он будет полезен при изготовлении ультратонких компьютерных чипов, и в целом ряде других высокотехнологических изделий.

Группа исследователей во главе с Ганапатхираманом Раманатхом (Ganapathiraman Ramanath) добилась самосборки органического молекулярного слоя на подложке.

Причём за счёт чёткой организации и упорядочивания молекул клея («они как солдаты на плацу», — говорит учёный) физики получили огромный рост адгезионных свойств поверхности, к которой сверху прикрепляли другой материал.

Рис. 1. Склеивание меди и кремния новым наноклеем (схема)

Фактически, авторы этой работы получили слой клея на органической основе менее чем нанометровой толщины. Ранее учёным удавалось продемонстрировать аналогичную прочность клеевого соединения толщиной лишь в микрометр, то есть — в тысячу раз более толстого.

«Это действительно поражает воображение: думать об одном слое молекул, способных улучшить сцепление чего-то», — поясняет Раманатх.

Клей состоит из полимерных цепей, концы которых модифицированы такими элементами как сера, кремний или кислород. Например, сера используется для крепления к медным поверхностям.

Обычно подобные модифицированные полимерные цепи самособираются в слои, образуя «лес». Однако нагрев быстро разрушает связи Cu-S, и сцепление пропадает.

Исследователи разместили на противоположном конце полимерного «леса» OH-группы и сделали сэндвич медь-полимер-оксид кремния. При комнатных температурах полимерные цепи не прилипают к поверхности SiO₂, но при нагревании выше 400 °C здесь образуются водородные связи и прочные силоксановые мостики, которые не разрушаются и при охлаждении. Таким образом, «лес» не разрушается, а связь меди и оксида кремния упрочняется.

Самым же удивительным открытием стало то, что наноклей упрочняется при нагреве до 400 градусов Цельсия и выше.

Рис. 2. Струкутрная схема молекулы наноклея

«Когда мы начинали работу, я не мог себе представить молекулы, ведущие себя подобным образом», — делится впечатлениями Ганапатхираман Раманатх.

Такой самособирающийся молекулярный нанослой пригодится во многих областях техники: как покрытие против трения или для защиты от коррозии, как составная часть микросхем нового поколения.

Его же можно использовать в нанолитографии и при кристаллизации определённых веществ. И самое приятное — этот материал будет очень недорог. Исходные компоненты для его изготовления продаются на рынке, так что 100 граммов наноклея обошлись исследователям в $35.

Подробнее о своих достижениях ученые сообщили в журнале Nature.