世界最迷你焊接：美开发出碳纳米管焊接技术
2013年11月28日 来源： 科技日报
据物理学家组织网11月26日报道，美国伊利诺伊大学的研究人员开发出了一种能将比头发丝还细十万分之一的碳纳米管焊接在一起的新技术，完成了世界上最迷你的焊接工程。研究人员称，该技术有望大幅提高相关设备的性能，为碳纳米管的大规模生产和应用提供了可能。相关论文发表在《纳米快报》杂志上。
碳纳米管又名巴基管，是由碳原子构成的只有一个原子厚的中空管。因为具有独特的物理和电气性能，研究人员一直在探索用其取代传统电路中的硅。借助碳纳米管技术可生产出低成本的柔性电路板、显示器和电池，让可真正实用的穿戴设备成为现实。
领导此项研究的伊利诺伊大学电气和计算机工程学教授约瑟夫·莱丁说，碳纳米管本身就是高品质的优良导体，但目前用单个碳纳米管制造晶体管还非常困难。现实中一般采用碳纳米管阵列的方式来解决这个问题。缺憾是，电流在通过碳纳米管阵列时不得不“跳过”那些不同的纳米管之间的间隙，这大幅降低了其导电速度。
在普通电路中，这样的接口会被焊接住，以保证其稳固程度和导电性能。但在纳米尺度上怎么来焊接这些比头发还要细十万分之一的碳纳米管呢？
莱丁的研究小组发现，当电流经过碳纳米管之间的空隙时，接头处就会变热，这有点像普通家庭电路中电路故障所产生的发热现象。“我们正是利用这种发热现象，利用这些热量引发局部化学反应，将金属沉积在空隙处，来实现对碳纳米管的焊接的。”莱丁说。
为此，他们与同校的研究人员进行了合作。其中有电气和计算机工程学副教授埃里克·鲍勃、材料与工程学教授约翰·罗杰斯以及化学教授格雷格·吉罗拉米。吉罗拉米是使用气体让金属在物体表面进行沉积的专家，这个过程也被称为化学气相沉积（CVD）反应。
这种纳米焊接技术简单且具有自我调节功能。首先将需要焊接的碳纳米管阵列放置在事先充满含有金属分子气体的腔体中。而后接通电源，让电流从碳纳米管阵列上通过，这时在电阻的作用下，连接处会出现发热现象。热量使腔体中的金属分子发生化学反应，将连接点精确地焊接起来。当焊接成功，空隙消失后，该处的电阻会显著下降，发热反应随即停止，焊接程序宣告完成。
莱丁称，这种纳米焊接仅仅需要几秒钟的时间，它不但大幅提高了碳纳米管单管的制造水平，也为其大规模生产提供了新的可能。化学气相沉积技术本身是一种在商业上获得大规模应用的成熟技术，与现有碳纳米管的生产过程能够很好地兼容，可以很方便地加入到其生产工艺当中。目前，研究小组正在对该技术进行优化，以进一步降低其操作难度和使用成本。（王小龙）
