北京
銅箔作為集成電路互連線的關鍵導體與鋰電池集流體的核心基材，兼具“工業神經”與“新能源血液”雙重屬性。在多場耦合服役環境下，它不僅要承受復雜的力學載荷，還需同時滿足高導電、高導熱與長期熱穩定性的嚴苛要求。
近日，中國科學院金屬研究所等，研發出兼具超高強度、高導電性與優異熱穩定性的銅箔。
01
“三項全能”的金屬
隨著人工智能算力通信與下一代新能源系統對材料性能需求的不斷提高，破解銅箔在強度與塑性、導電性、熱穩定性之間的失衡難題，已成為拓展銅箔高端應用的制約因素。
科研人員以全新的“梯度序構”微觀結構設計為核心，在滿足工業化條件的電解沉積制備過程中，利用微量有機添加劑，在純度99.91%、厚度10微米銅箔納米晶粒基體上，形成高密度納米疇。
▲科研人員研發出兼具超高強度、高導電性與優異熱穩定性的銅箔（圖片由AI生成）
這些納米疇平均尺寸僅為3納米，沿銅箔厚度方向呈“貧、富”交替周期分布納米尺度“梯度序構”。由此構成的“梯度序構”納米疇銅箔，拉伸強度高達900兆帕，突破了常規銅箔的強度極限。
同時，該銅箔導電率保持在90%IACS，較同等強度水平的銅合金提升約2倍。室溫放置近半年后，經檢驗性能無衰減。這打破了銅箔強度、導電性和熱穩定性難以兼得的“不可能三角”。
02
“橫豎”都強
新型銅箔性能的協同提升，源于納米疇在晶粒間和晶粒內的雙重序構效應。
在水平方向上，晶粒間均勻分布的納米疇能抑制應變局域化，提升材料整體均勻變形能力。
在垂直方向上，梯度分布的納米疇誘導產生超高密度的幾何必需位錯，實現強化。
尤其是，超高密度、極小尺寸的納米疇與基體呈半共格界面時，既能有效釘扎晶界，抑制晶粒長大，又因其對電子的散射作用極弱，確保銅箔高導電性。
研究不僅為高性能銅箔的制備提供了全新的設計思路，也展現了“基元梯度序構”策略在開發下一代結構-功能一體化材料中的潛力，對電子信息產業和新能源產業的發展具有重要意義。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1126/science.aed7758
來源：中國科學院金屬研究所
責任編輯：潘鵬
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