Juotosaineilla on suuri merkitys elektroniikan liitoksissa myös lämmönsiirron tuottajana. Tavanomaiset juotokset ovat saavuttaneet rajansa kyvyssään johtaa lämpöä tehokkaasti pitkän käyttöiän ajan, jolloin lämpöhäviö on rajoittava tekijä tietotekniikan ja elektroniikan edelleen kehittämiselle. Apua ongelmaan voi tuoda uusi superjuote.
Superjuote on lämpörajapintamateriaali (TIM), jonka on kehittänyt Carnegie Mellonin mekaanisen tekniikan apulaisprofessori Sheng Shen yhteistyössä National Renewable Energy Laboratoryn tutkijoiden kanssa. Kyseessä on materiaali, joka pystyy täyttämään saman roolin kuin tavanomaiset juotteet, mutta kaksinkertaisella lämmönjohtokyvyllä kuin nykyiset huipputekniset lämpörajapintamateriaalit.
Shenin läpimurron salaisuus on kupari-tina -nanolankoihin perustuva rakenne. Heikkenevä joustavuus on usein perinteisten juotosten heikkous, koska ne haurastuvat toistuvassa käytössä, mikä heikentää niiden kykyä johtaa lämpöä ajan myötä. Shenin mukaan superjuotteen joustavuus on kahdesta kolmeen kertaluokkaa parempi kuin näillä aineilla yleensä.
Vaikka Shen on erittäin tyytyväinen superjuotteensa tuloksiin, hänen seuraavat tavoite on versio superjuotteesta, joka voi säilyttää lämmönjohtavuutensa toimimalla sähköisenä eristeenä.
Japanilaisen National Institute for Materials Sciencen (NIMS) tutkimusryhmä on puolestaan ensimmäistä kertaa yhdistänyt harvinaisten maametallien oksidien suprajohtavat johdot käyttämällä suprajohtavaa juotetta ja syöttämällä virtaa liitoksen kautta ylläpitämään suprajohtavuutta.
Vaikka suprajohtava juotosliitostekniikkaa on olemassa lähes kaikille käytännöllisille suprajohtaville johtimille, harvinaisten maametallioksidien suprajohtavien johtojen juotettua suprajohtavaa liitosta ei ole aiemmin todettu.
Uusi tekniikka voi nopeuttaa voimakkaiden sähkömagneettien kehitystä käyttämällä suprajohtavia lankoja, joilla on erinomaiset suprajohtavat ominaisuudet erittäin korkeissa magneettikentissä. Tämä voisi elvyttää NMR-markkinoita, koska sen avulla voidaan saada korkean erotuskyvyn ydinmagneettisen resonanssin (NMR) laitteita toimimaan jatkuvan sähkövirran moodissa.
Liitosjohtojen johtavuus menettämättä suprajohtavuutta yhdistettävien välillä mahdollistaa sähkövirran ylläpitämisen lähes jatkuvasti ilman ulkoista virtalähdettä, mikä vähentää energiankulutusta käytön aikana ja ratkaisee ulkoisen virtalähteen käyttöön liittyviä kohinaongelmia.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 21.8.2018
