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中科院研發(fā)“超級(jí)銅箔” 破解材料性能三角難題

【CNMO 科技消息】4 月 17 日,據(jù)央視新聞報(bào)道,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所盧磊研究員團(tuán)隊(duì)在序構(gòu)金屬領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破,成功研發(fā)出一種兼具超高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率與高熱穩(wěn)定性的 " 超級(jí)銅箔 ",一舉打破了長(zhǎng)期以來(lái)強(qiáng)度、導(dǎo)電、耐熱三者難以兼顧的 " 不可能三角 "。相關(guān)成果于 4 月 17 日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。

據(jù) CNMO 了解,銅箔是手機(jī)芯片、鋰電池等電子產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)材料,被稱為電子產(chǎn)品信號(hào)與電力傳輸?shù)?" 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) "。然而,傳統(tǒng)銅箔長(zhǎng)期面臨一個(gè)兩難困境:越結(jié)實(shí)耐用,導(dǎo)電性能就越差;想要耐高溫,其他性能又會(huì)隨之下降。這一 " 此消彼長(zhǎng) " 的規(guī)律無(wú)法滿足當(dāng)下 AI 算力與高端新能源領(lǐng)域制造的嚴(yán)苛需求。

中科院金屬所團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種全新的 " 梯度序構(gòu) " 微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在厚度僅 10 微米、純度為 99.91% 的銅箔納米晶粒基體上,誘導(dǎo)形成了高密度、平均尺寸僅 3 納米的納米疇,這些納米疇沿厚度方向呈周期梯度分布,如同布料的經(jīng)緯線一般 " 交織 " 在銅箔中,從微觀結(jié)構(gòu)層面破解了性能矛盾。

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)顯示," 超級(jí)銅箔 " 的抗拉強(qiáng)度高達(dá) 900 兆帕,而普通工業(yè)銅箔的抗拉強(qiáng)度僅為 300 至 600 兆帕,新材料的強(qiáng)度約為常規(guī)銅箔的兩倍。更令人驚嘆的是,在強(qiáng)度大幅提升的同時(shí),其導(dǎo)電率依然保持在高純銅的 90%,與同等強(qiáng)度的傳統(tǒng)銅合金相比,導(dǎo)電能力提升了約兩倍。此外,這種銅箔在普通環(huán)境下放置 6 個(gè)月,性能絲毫不會(huì)衰減,熱穩(wěn)定性極為出色。

科研人員形象地解釋了這一突破背后的原理:在制造銅箔時(shí),向電鍍液中加入一種微量有機(jī)添加劑,銅箔內(nèi)部便會(huì)自發(fā)生長(zhǎng)出大量 3 納米大小的 " 微型鎖扣 "。這些鎖扣牢牢卡住銅晶體顆粒之間的縫隙,使強(qiáng)度大幅提升;同時(shí),這些鎖扣與周圍的銅結(jié)合得天衣無(wú)縫,電子在材料中運(yùn)動(dòng)幾乎不受阻礙,導(dǎo)電性能得以無(wú)損保持。

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