前言

铜箔作为集成电路互连线的关键导体与锂电池集流体的核心基材，兼具“工业神经”与“新能源血液”双重属性。是手机芯片、锂电池等日常生活用品中使用的核心材料之一。但铜箔一直面临着一个难题：在多场耦合服役环境下，它不仅要承受复杂的力学载荷，还需同时满足高导电、高导热与长期热稳定性的严苛要求。这三者此消彼长、无法兼顾，技术一直无法进展。

随着人工智能算力通信与下一代新能源系统对材料性能需求的不断提高，破解铜箔在强度与塑性、导电性、热稳定性之间的失衡难题，已成为拓展铜箔高端应用的制约因素。

图1.铜箔与我们的未来息息相关

技术突破

近日，中国科学院金属研究所卢磊研究员团队在序构金属领域取得关键突破，研发出兼具超高强度、高导电率与高热稳定性的新型铜箔，打破了长期以来强度、导电、耐热三者难以兼顾的“不可能三角”，为高端铜箔制造提供了全新技术路线。相关成果4月17日在国际学术期刊《科学》（Science）发表。

科研人员创新性地采用“梯度序构”微观结构设计为核心，在满足工业化条件的电解沉积制备过程中，利用微量有机添加剂，在纯度99.91%、厚度10微米铜箔纳米晶粒基体上，形成平均3纳米的高密度纳米畴，并沿铜箔厚度方向呈周期“贫、富”交替分布的纳米尺度“梯度序构”，从结构上破解了性能矛盾。

图2.“梯度序构”的微观结构设计

这款新型的“梯度序构”纳米畴铜箔，在强度、导电、热稳定三个方向全面提升：

① 强度飙升：普通工业铜箔抗拉强度大约在300-600兆帕，新研发的”超级铜箔“抗拉强度能达到900兆帕，比常规铜箔强了大约两倍。

② 导电无损：“超级铜箔”不仅强度大幅提升，导电率依然保持在90%IACS。和强度相当的传统铜合金比，它的导电能力足足高出约两倍，真正做到了又强又导电，二者兼得。

③ 热稳定在线：很多高强材料放上几天性能就会衰退，而“超级铜箔”在室温放置近半年后，经检验性能丝毫不减，稳定性极强，可适合长期使用的电子产品、电池等场景。

实现这三方面的突破，意味着这种铜箔一举攻克了强度、导电、热稳定的“不可能三角”，其核心指标达到国际领先水平。

图3.超级铜箔示意图（中国科学院提供）

新型铜箔性能的协同提升，源于纳米畴在晶粒间和晶粒内的双重序构效应。在水平方向上，晶粒间均匀分布的纳米畴能抑制应变局域化，提升材料整体均匀变形能力。在垂直方向上，梯度分布的纳米畴诱导产生超高密度的几何必需位错，实现强化。尤其是，超高密度、极小尺寸的纳米畴与基体呈半共格界面时，既能有效钉扎晶界，抑制晶粒长大，又因其对电子的散射作用极弱，确保铜箔高导电性。

意义

可以说，铜箔即是电子设备的“神经”，也是新能源产业的“血管”。这种“超级铜箔”有望在未来，使手机芯片做得更精密、长时间使用不容易发烫；新能源车锂电池也有望做得更薄、更安全、大电流充电损耗会更低。

更关键的是，该技术具备规模化应用潜力，不仅为高性能铜箔的制造提供全新技术设计思路，也展现了“基元梯度序构”策略在开发下一代结构—功能一体化材料中的潜力，更对我国电子信息与新能源产业自主可控具有重要意义。

（来源：中国科学院、中国青年网）