焊接是一种常用的连接金属的工艺,它通常需要在较高的温度下进行,然而就在最近,来自美国的研究人员利用巧妙的方法成功实现室温下的焊接。
众所周知,当温度降低到一定程度时,液态的物体会凝固成固体。然而实际上液态分子结晶的过程需要晶核来触发,通常充当晶核角色的包括液体本身存在的杂质、外来的尘埃以及容器中的气泡等。如果液体非常纯净,又没有外界的扰动,那么它可以在温度明显低于凝固点的情况下仍然保持液态,这种现象称为过冷。
来自美国爱荷华州立大学(Iowa State University)的研究人员正是巧妙利用了过冷现象。他们将两种低熔点的合金(熔点分别为62 oC 和139 oC)添加到含有乙酸的二甘醇中,随后将溶液温度升高至合金熔点以上并剧烈搅拌,使得液态金属分散成直径只有几个到十几个微米的液滴。
在这个过程中,液滴表面的金属先后与氧气和乙酸反应,形成保护层。当溶液温度降至室温后,处于过冷态的液态金属由于受到保护层的阻隔无法与晶核接触,因此可以长时间保持液态。而当受到外力压迫时,金属液滴的保护层破裂,使得液态金属迅速固化。研究人员将这种合金液滴添加到两块金属之间,只需轻轻一压,固化的合金就将两块金属连接起来,实现了室温下的焊接。
受到外力挤压时,金属液滴的保护层破裂,处于过冷状态的金属液体流出后迅速固化。利用这种方法可以实现室温下的焊接
业内人士表示,这项研究非常有趣,或许可以为许多生产过程带来变革,例如在微电子工艺中,这种方法或许可以消除加热对电子元件造成的损害。