(PhysOrg.com) - Svetsning använder värme för att förena metallbitar i allt från kretsar till skyskrapor. Men forskare från Rice University har hittat ett sätt att slå värmen på nanoskala.

Jun Lou, en biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap, och hans grupp har upptäckt att guldtrådar mellan tre-miljarder och 10-miljarder meter breda svetsar ihop sig ganska snyggt-utan värme.

De rapporterar i dagens onlineutgåva av tidningen Naturnanoteknik att rena nanotrådar av guld med identiska atomstrukturer kommer att smälta samman till en enda tråd som inte förlorar några av dess elektriska och mekaniska egenskaper. Processen fungerar lika bra med silver nanotrådar, som binder med varandra eller med guld.

Denna kallsvetsningsprocess har observerats på makroskalan i årtionden, Sa Lou. Rena, platta bitar av liknande metaller kan fås att bindas under högt tryck och i vakuum. Men bara Lou och hans kollegor har sett processen hända på nanoskala, under ett elektronmikroskop.

Som så ofta händer inom grundforskning, det var inte det de letade efter alls. Lou och Rice doktorand Yang Lu, med samarbetspartners på Sandia National Laboratories och Brown University, försökte bestämma draghållfastheten hos guld -nanotrådar genom att fästa ena änden av en tråd till en sond i ett transmissionselektronmikroskop (TEM) och den andra till en liten cantilever -fjäder som kallas en atomkraftmikroskopi (AFM) -sond.

Att dra isär tråden gav laget ett mått på dess styrka. Vad de inte förväntade sig att se var den trasiga tråden som reparerade sig när dess ändar eller sidor rörde. Mätningar visade att den återanslutna tråden var lika stark som tidigare.

"Innan du faktiskt kan stretcha något, du måste klämma fast den bra, "sa Lou, som fick ett Young Investigators Research Program -bidrag från Air Force Office of Sponsored Research förra året. "Under manipulationsprocessen, vi observerade denna typ av svetsbeteende hela tiden.

"Initialt, vi uppmärksammade det inte eftersom det inte verkade betydelsefullt. Men efter att ha forskat lite på området, Jag insåg att vi upptäckte något som kan vara användbart. "

Vid testning, Lou fann att nanotrådarna kunde knäppas och svetsas många gånger. Lagade ledningar gick aldrig igen på samma plats; detta vittnar om styrkan i det nya bandet.

Trådens elektriska egenskaper verkade också opåverkade av upprepad brytning och svetsning. "Vi skulle bryta en tråd och svetsa om den 11 gånger och kontrollera de elektriska egenskaperna varje gång. Alla siffror var väldigt nära, " han sa.

Nycklarna till en lyckad svetsning är nanotrådens enda kristallina struktur och matchande orientering. "Det finns många ytatomer, väldigt aktiv, som deltar i diffusionen på nanoskala, "Sa Lou." Vi försökte guld och silver, och de svetsar på samma sätt så länge du uppfyller kravet på kristallinriktning. "

Lou ser upptäckten öppna nya vägar för forskare som tittar på molekylär elektronik. Han sa att team vid Harvard och Northwestern arbetar med sätt att mönstra matriser av nanotrådar, och införlivande av kallsvetsning kan förenkla deras processer. "Om du bygger elektroniska enheter med hög densitet, den här typen av fenomen kommer att vara mycket användbara, " han sa, noterar att värmeinducerade svetsar på nanoskala riskerar att skada materialets styrka eller konduktivitet.

Lou sa att upptäckten har väckt uppståndelse bland de få han berättat. "Olika människor ser olika aspekter:Elingenjörer ser applikationssidan. Teorifolk ser en intressant fysik bakom detta beteende. Vi hoppas att detta dokument kommer att uppmuntra till mer grundläggande studier."

Tidningens medförfattare inkluderar Jian Yu Huang, en forskare vid Center for Integrated Nanotechnologies vid Sandia National Laboratories; och professor Shouheng Sun och tidigare doktorand Chao Wang från Brown University.