Egy molekulányi réteg nanoragasztó erősebb az eddig ismert anyagoknál

A molekulák miniatűr kampókat képeznek jelen esetben réz és szilícium-dioxid között © Rensselaer Polytechnic Institute

Az MSNBC információi szerint a New York államban található, Trója angol nevét viselő Troy-ban székelő Renssealer Polytechnic Institute kutatói által kifejlesztett nanoragasztó – amely már most is kereskedelmi forgalomban kapható alapanyagokból készül -  magas hőmérsékleten még erősebbé válik, s ehhez az emberi hajszálnál százezerszer vékonyabb réteg is elegendő. A tudósok szerint az új anyag segítségével akár különlegesen kisméretű számítógépes alkatrészeket is készíthetnek majd a közeli jövőben.

„Belegondolni is elképesztő, hogy egyetlen molekularéteg képes javítani két anyag tapadását” – magyarázta az MSNBC-nek Ganapathiraman Ramanath, a kutatás egyik résztvevő kutatója. „A munkánk eredményeképpen elmondhatjuk, hogy lehetséges létrehozni olyan, szerves alapú nanorétegeket, amelyek ezerszer vékonyabbak a jelenleg ismert leghatékonyabb, organikus alapú ragasztóknál.”

A korábbi eredményekhez képest a nanoragasztó óriási előrelépést jelent. Összehasonlítva ez annyit jelent, hogy míg korábban a méter milliomod részével megegyező vastagságú rétegekkel értek el hasonló tapadást, az új anyag segítségével egyetlen nanométernyi – a milliméter milliomod része – ragasztó képes ugyanerre.

„Ez egyetlen molekularéteg, amelyet olyan szabályosan rendeződnek egymás mellé, mint egy díszszemlén” – magyarázta Ramanath A ragasztó láncait képező részecskék maguktól állnak össze rendezett sorba. „A természet elvégzi a munka nagy részét, nekünk csupán a megfelelő anyagok közé kell helyezni a molekulákat és már működik is” – tette hozzá a kutató.

Az önszerveződő nanostruktúrák

Fémek vagy fémoxidok határfelületének módosítására hosszú szénláncú molekulák (pl. alkántiolok, zsírsavak, foszfonsavak) képesek, amelyek láncvégeikkel a felületi fématomokkal kötést létesítenek, majd önszerveződéssel a határfelület mintázatának kristály-szerkezete által irányított, jól rendezett monomolekuláris réteget képeznek. A önszerveződő molekulákból (self-assembly molecules, SAMs) kialakult molekuláris filmek tulajdonságai elsősorban a filmet képező molekulák végcsoportjának kémiai tulajdonságaitól függnek. Kálmán Erika MTA Kémiai Kutatóközpont

„A nanoragasztóhoz hasonló, úgynevezett önszerveződő molekulákat már széles körben használják korrózióvédelemnél, egyéb bevonatoknál” - nyilatkozta a hvg.hu-nak Rácz Ilona, a Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet polimer kompozit kutatási osztályvezetője. „Az új anyag jelentősége a hőkezelésben lehet, illetve abban, hogy monomolekuláris réteget sikerült létrehozni. Ez egyébként egy régi megfigyelésen alapul, amely szerint minél vékonyabb a ragasztóréteg, annál erősebb tapadás érhető el. A természet is adhatott ihletet a kutatóknak, korábban ugyanis végeztek vizsgálatokat, amelyek során például a gekkók lábain található tapadókorongok működési elvét próbálták átültetni a mindennapi használatba.”

A ragasztó alapját szénmolekulák adják. A részecskelánc egyik végén szilícium és oxigén, a másik végén kénmolekulák találhatóak. Ezek az eltérő végmolekulák mikroszkopikus kampóként funkcionálnak, amelyek erős kötést alakítanak ki más felületekkel. Ramanath egy vékony rézréteggel vonta be a lánc végét, amely egyfajta védőburkot képez, hogy a molekulák sértetlenek maradjanak.

A nanoragasztó hatékonyságát hevítéssel tudták tovább erősíteni a kutatók. 400 °Celsiuson a réz és a szilícium-dioxid közötti kötés jóval erősebb lett, ezáltal 5-7-szer jobb tapadást idéztek elő.

„A hőkezeléssel még erősebb ragasztót kaptunk” – tette hozzá Ramanath. „Erre azonban nem is számítottunk, így ez egy pozitív hozadéka a kísérleteinknek. A szakember szerint mivel az új anyagot igen olcsón elő lehet állítani – 35 dollár (mintegy 6500 forint) 100 grammonként – ezért kereskedelmi forgalmazása is jövedelmező lehet. A kutatók jelenleg szabadalmi oltalmat keresnek a nanoragasztónak, amelynek elsősorban a mikroelektronikai iparban vehetik hasznát.