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在电子信息产业,铜箔被誉为芯片的“神经”和电池的“骨架”。然而,在材料科学领域,高强度、高导电、高热稳定性三者如同一道难以逾越的“不可能三角”:传统手段在提升强度的同时,往往会显著损害导电性能和材料的耐热性。中国科学院金属研究所卢磊团队与合作者通过一种全新的“梯度序构”微观结构设计,成功研发出兼具超高强度、高导电性与优异热稳定性的超级铜箔。2026年4月16日,相关研究结果发表于《Science》。

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(图片来源:《Science》)

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铜箔打上纳米“铆钉”后获超高强度
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科技导报 | 科技新闻 2026,44(8): 3-3
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科技导报 |科技新闻 2026 , 44 (8) : 3 -3
铜箔打上纳米“铆钉”后获超高强度
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    出版时间: 2026-04-28
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    在电子信息产业,铜箔被誉为芯片的“神经”和电池的“骨架”。然而,在材料科学领域,高强度、高导电、高热稳定性三者如同一道难以逾越的“不可能三角”:传统手段在提升强度的同时,往往会显著损害导电性能和材料的耐热性。中国科学院金属研究所卢磊团队与合作者通过一种全新的“梯度序构”微观结构设计,成功研发出兼具超高强度、高导电性与优异热稳定性的超级铜箔。2026年4月16日,相关研究结果发表于《Science》。

    . 铜箔打上纳米“铆钉”后获超高强度. 科技导报, 2026 , 44 (8) : 3 -3 .
    . Science & Technology Review, 2026 , 44 (8) : 3 -3 .
    在电子信息产业,铜箔被誉为芯片的“神经”和电池的“骨架”。然而,在材料科学领域,高强度、高导电、高热稳定性三者如同一道难以逾越的“不可能三角”:传统手段在提升强度的同时,往往会显著损害导电性能和材料的耐热性。中国科学院金属研究所卢磊团队与合作者通过一种全新的“梯度序构”微观结构设计,成功研发出兼具超高强度、高导电性与优异热稳定性的超级铜箔。2026年4月16日,相关研究结果发表于《Science》。
    铜作为一种具有优异导电性和导热性的基本金属,是集成电路互连线和锂离子电池集流体的核心材料。然而,纯铜在室温下的屈服强度通常较低,难以满足高应力环境下的使用要求。随着人工智能(AI)算力时代的到来,芯片内部的互连线宽度已缩减至纳米级,电流密度的急剧增加带来了严重的电迁移风险与散热难题。同时,在新能源领域,为了追求更高的能量密度,锂电池集流体铜箔正向着极薄化方向发展(由6 μm向4.5 μm甚至更薄跨越),这要求材料在极薄状态下仍需具备极高的抗拉强度,以防止在涂布生产线上的断裂。
    金属之所以能折弯、拉伸、变形,根本原因是内部的位错在晶体里“滑移”。所有金属强化(固溶、析出、细化晶粒)的原理都一样,即给位错滑移设置障碍。固溶强化通过引入溶质原子产生晶格畸变,从而阻碍位错运动,但溶质原子会显著增加电子散射,降低导电率。析出强化虽然影响稍小,但在高温环境下,析出相容易粗化,导致强化效果迅速消失。晶粒细化强化通过将晶粒尺寸缩减至纳米量级,利用高密度的晶界来阻碍位错。然而,纳米晶金属面临着极其严重的稳定性问题。根据经典热力学理论,晶界具有较高的界面能,纳米晶粒在受热甚至室温长期放置下,有自发长大以降低系统能量的趋势。
    在这一背景下,全球材料学界致力于寻找一种能够同时满足高强度(>600 MPa)、高导电率(> 80% IACS(国际退火铜标准))和高热稳定性的新材料。然而,这三者在物理本质上是相互制约的。强度要求位错运动受阻,导电要求电子散射最少,热稳定性则要求界面能最低。
    研究团队在满足工业化条件的电解沉积制备过程中,通过利用微量有机添加剂,在10 μm厚铜箔(纯度99.91%)的纳米晶粒基体上形成了高密度纳米畴。这些纳米畴平均尺寸为3 nm,沿铜箔厚度方向呈“贫、富”交替周期分布的纳米尺度梯度序构。实验检测显示,梯度序构纳米畴铜箔的拉伸强度高达900 MPa,突破了常规铜箔的强度极限。同时,该铜箔导电率保持在90% IACS,较同等强度水平的铜合金提升约2倍;室温放置近半年后性能无衰减,成功攻克了强度、导电性和热稳定性难以兼得的“不可能三角”。
    研究人员表示,优异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。水平方向上,晶粒间均匀分布的纳米畴能有效抑制应变局域化,提升材料的整体均匀变形能力;垂直方向上,梯度分布的纳米畴则诱导产生超高密度的几何必需位错,实现显著强化。尤其是,超高密度、极小尺寸的纳米畴与基体呈半共格界面,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,确保铜箔的高导电性。
    该研究不仅为高性能铜箔的制备开辟了全新的设计思路,也展现了“基元梯度序构”策略在开发下一代结构-功能一体化材料研发中的巨大潜力,值得强调的是,梯度纳米畴铜箔已具备在工业条件下的连续化生产能力,为其规模化应用奠定了基础,对电子信息产业和新能源产业的发展具有重要战略意义。
    (综合:《Science》、中国科学院金属研究所官网、央视网、中国科技网)

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    2026年第44卷第8期
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    • 首发时间:2026-05-08
    • 出版时间:2026-04-28
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    species
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    Percentage of
    total species (%)

    Genus
    种数
    Number of
    species
    占总种数比例
    Percentage of total
    species (%)
    鹅膏菌科Amanitaceae 2 11 5.26 鹅膏菌属 Amanita 10 4.78
    小菇科 Mycenaceae 2 12 5.74 丝盖伞属 Inocybe 5 2.39
    多孔菌科 Polyporaceae 8 14 6.70 蜡蘑属 Laccaria 5 2.39
    红菇科 Russulaceae 3 23 11.00 小皮伞属 Marasmius 6 2.87
    小菇属 Mycena 11 5.26
    光柄菇属 Pluteus 5 2.39
    红菇属 Russula 17 8.13
    栓菌属 Trametes 5 2.39
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