據(jù)中科院金屬研究所消息，銅箔作為集成電路互連線的關(guān)鍵導(dǎo)體與鋰電池集流體的核心基材，兼具“工業(yè)神經(jīng)”與“新能源血液”的雙重戰(zhàn)略屬性。在多場耦合服役環(huán)境下，它不僅要承受復(fù)雜的力學(xué)載荷，還需同時滿足高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱與長期熱穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。
隨著AI算力通信與下一代新能源系統(tǒng)對材料性能需求的持續(xù)升級，如何破解銅箔在強(qiáng)度與塑性、導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性之間長期存在的“此消彼長”困境，已成為拓展其高端應(yīng)用的核心瓶頸。因此，打破性能壁壘、實(shí)現(xiàn)多性能協(xié)同提升，是當(dāng)前材料科學(xué)與工程領(lǐng)域亟需突破的關(guān)鍵課題。
近日，這一難題迎來重要突破。中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心盧磊研究員團(tuán)隊(duì)與合作者， 成功研發(fā)出一種兼具超高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性與優(yōu)異熱穩(wěn)定性的銅箔，相關(guān)研究結(jié)果于北京時間2026年4月17日在《科學(xué)》（Science）周刊在線發(fā)布。
這項(xiàng)突破的核心在于一種全新的“梯度序構(gòu)”微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究團(tuán)隊(duì)在滿足工業(yè)化條件的電解沉積制備過程中，通過巧妙地利用微量有機(jī)添加劑，在10微米厚銅箔（純度99.91%）的納米晶?；w上形成了高密度納米疇。這些納米疇平均尺寸僅為3nm，沿銅箔厚度方向呈“貧、富”交替周期分布的納米尺度梯度序構(gòu)（圖1）。梯度序構(gòu)納米疇銅箔的拉伸強(qiáng)度高達(dá)900兆帕，突破了常規(guī)銅箔的強(qiáng)度極限。同時，該銅箔導(dǎo)電率保持在90%IACS，較同等強(qiáng)度水平的銅合金提升約2倍；室溫放置近半年后性能無衰減（圖2），成功攻克了強(qiáng)度、導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性難以兼得的“不可能三角”。
優(yōu)異性能的協(xié)同提升源于納米疇在“晶粒間和晶粒內(nèi)”的雙重序構(gòu)效應(yīng)。水平方向上，晶粒間均勻分布的納米疇能有效抑制應(yīng)變局域化，提升材料的整體均勻變形能力；垂直方向上，梯度分布的納米疇則誘導(dǎo)產(chǎn)生超高密度的幾何必需位錯，實(shí)現(xiàn)顯著強(qiáng)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，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，確保銅箔的高導(dǎo)電性。
該研究不僅為高性能銅箔的制備開辟了全新的設(shè)計(jì)思路，也展現(xiàn)了“基元梯度序構(gòu)”策略在開發(fā)下一代結(jié)構(gòu)—功能一體化材料研發(fā)中的巨大潛力，值得強(qiáng)調(diào)的是，梯度納米疇銅箔已具備在工業(yè)條件下的連續(xù)化生產(chǎn)能力，為其規(guī)模化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，對電子信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。
圖1 梯度納米疇銅箔的微觀結(jié)構(gòu)
圖2 梯度納米疇銅箔的拉伸性能、熱穩(wěn)性與導(dǎo)電性
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