Inom elektronik, lod används för att koppla ihop två delar. Som en bro, en av dess viktigaste funktioner är att överföra värme bort från kritiska elektroniska komponenter och mot kylflänsen, som använder luft eller vatten för att säkert avleda värme. Eftersom tekniska framsteg möjliggör skapandet av mindre och kraftfullare datorer och elektronik – och med temperaturer i datorchips som når högre än 100 °C – har denna värmeavledningsfunktion blivit mer avgörande än någonsin.

Dock, konventionella lödningar når gränsen för sin förmåga att leda värme effektivt under en lång livslängd, gör värmeavledning till en begränsande faktor för vidare beräknings- och elektronikutveckling. Om dessa fält ska gå vidare, denna avgörande flaskhals måste övervinnas.

Ange "supersolder".

Produkten av en 2013 DARPA Young Faculty Award, supersolder är ett termiskt gränssnittsmaterial (TIM) utvecklat av Sheng Shen, docent i maskinteknik vid Carnegie Mellon, i samarbete med forskare från National Renewable Energy Laboratory. Fyra års arbete har resulterat i skapandet av ett material som kan fylla samma roll som konventionella lödningar, men med dubbelt så hög värmeledningsförmåga som nuvarande toppmoderna TIM.

Hemligheten bakom Shens genombrott är nanotrådar av koppar-tenn.

"Nanotrådarna är odlade från en mall, som en form, använder små porer, " säger Shen. "Det är chipteknologi som använder elektroplätering, växt ett lager i taget, som hur du belägger en elektrisk sladd genom att doppa den i elektrolyt."

Den resulterande arrayen uppvisar anmärkningsvärda termiska egenskaper, oöverträffad av alla nuvarande lödmaterial. Dock, det är inte bara dess värmeledningsförmåga som gör superlödning unik.

Supersolder uppvisar också extraordinär efterlevnad, eller elasticitet, i nivå med gummi eller andra polymerer. Det här är viktigt, eftersom delarna som lodet förbinder expanderar och drar ihop sig när de värms upp, ofta i varierande takt mellan två delar av olika sammansättning. Minskande efterlevnad är ofta undergången för konventionella lödningar, när de blir spröda vid upprepad användning, försämrar deras förmåga att leda värme över tid. Enligt Shen, supersolders efterlevnad är högre än dessa material med två till tre storleksordningar.

Ett experiment som hans team genomförde matchade en superlödenhet mot en konventionell lödenhet av tenn. Medan det konventionella lodet började minska i värmeledningsförmåga efter mindre än 300 timmars cykling, superlodet fortsatte att arbeta med maximal värmeledningsförmåga efter över 600 timmar. Faktiskt, det fungerade så bra att dess exakta gränser fortfarande är okända.

"Vi vet att det kan fortsätta, " säger Shen. "Den enda anledningen till att vi avslutade experimentet var för att vi var tvungna att publicera tidningen!"

Medan de övre gränserna för supersolders förmåga fortfarande utforskas, det är lätt att se potentiella framtida tillämpningar. Supersolder skulle kunna ersätta konventionellt lod i elektroniska system, allt från mikro- och bärbar elektronik till datacenter i lagerstorlek, sänka temperaturer för att möjliggöra betydande förbättringar av effekttäthet och tillförlitlighet. Vad som helst konventionellt lod kan göra, supersolder kan göra bättre — nästan.

Även om Shen är mycket nöjd med resultaten från supersolder, hans arbete är ännu inte färdigt; han ser fortfarande utrymme för förbättringar. Materialet är elektriskt ledande:en egenskap som är oönskad i vissa tillämpningar. Därför, hans nästa mål är att skapa en version av supersolder som kan behålla sin värmeledningsförmåga, samtidigt som den fungerar som en elektrisk isolator.

Efter fyra års arbete, det finns lite som kan avskräcka honom från att fullända sitt material.

"Tanken är väldigt enkel:du har en utmaning, och du fortsätter att försöka tills du får det att fungera."