中科院研发出升降温速率可达每秒1000摄氏度的“闪速退火”工艺

淬火

11月15日，中国科学院金属研究所胡卫进研究员团队的一项重磅成果在《科学进展》期刊上线，升降温速率可达每秒1000摄氏度的“闪速退火”工艺，仅用1秒就完成了晶圆级高性能储能薄膜的制备。这项被形象称为“冰火淬炼”的技术，破解了高性能储能器件制造的多年难题，有望引发多个高端产业的连锁革新。

一、技术解码：一秒完成的“微观重塑”魔法

要理解“闪速退火”的革命性，首先需明确其核心作用机制。传统退火工艺多依赖缓慢升降温实现材料结构调整，不仅耗时久，还易导致晶粒粗化、元素挥发等缺陷。而胡卫进团队研发的闪速退火工艺，通过每秒1000摄氏度的极速升降温，构建了全新的材料制备逻辑。

在硅晶圆基底上，工艺仅用1秒就完成了“锆酸铅”弛豫反铁电薄膜的结晶过程。关键在于极速温控实现的“结构锁定”效应——将材料在高温下形成的特殊结构精准冻结在室温状态，最终形成尺寸不足3纳米的纳米微畴。这些微小结构如同精密的储能“迷宫”，成为诱导弛豫反铁电行为、提升储能效率的核心支撑。同时，极速热处理让薄膜肌理更致密均匀，还能有效锁住易挥发的铅元素，从根源减少材料缺陷，显著降低漏电流，最终使薄膜电容器储能密度达到63.5焦耳每立方厘米，远超传统工艺制品。

二、三大创新点：破解性能与量产的双重瓶颈

相较于传统储能薄膜制备技术，闪速退火工艺的创新点集中体现在性能突破、工艺简化、环境适应性三大维度，精准解决了行业长期面临的核心痛点。

• 性能创新：极致储能与宽温适配兼得 传统电介质储能电容器往往面临“高储能”与“宽温稳定”的两难选择，而闪速退火制备的薄膜在两者间实现了突破。实验数据显示，该薄膜在零下196摄氏度（液氮温度）至极400摄氏度的极端温差中，储能密度和效率衰减均低于3%。这种稳定性意味着器件既能适配外太空的极寒环境，也能满足地下油气勘探的高温工况，打破了传统器件的应用场景限制。
• 工艺创新：从实验室到量产的路径贯通 此前高性能薄膜制备多依赖多相复合、化学掺杂等复杂工艺，难以规模化生产。闪速退火工艺不仅操作简单，更具备显著的“放大”潜力——目前已实现2英寸硅晶圆上的均匀制备，为芯片级集成储能提供了具备工业化潜力的解决方案。这种“晶圆级”制备能力，可直接对接半导体行业成熟的晶圆制造产业链，大幅降低量产转化成本，解决了高端储能器件“卡量产”的关键难题。
• 理念创新：以温控为核心的制备逻辑重构 不同于传统“成分调控”的思路，该工艺以极速温控为核心手段，通过调控材料微观结构实现性能提升，为高性能薄膜制备提供了全新技术路径。这种创新思路可迁移至其他功能薄膜的制备，具备广泛的技术辐射价值。

闪速退火工艺的突破，将通过高性能储能器件的量产，为新能源、高端制造、航空航天等战略产业注入新动能，形成清晰的产业利好链条。

1. 新能源与汽车产业：功率电子器件升级的核心支撑 新能源汽车、光伏逆变器等设备对高功率密度、快速充放电的电容器需求迫切。闪速退火制备的薄膜电容器，凭借高储能密度和宽温稳定性，可大幅提升车载功率模块、光伏并网逆变器的性能，降低设备体积与能耗。例如在新能源汽车中，更高效的储能器件能提升电池能量利用效率，助力续航里程提升；在光伏系统中，可增强逆变器的电网适配能力，提升发电稳定性。
2. 高端制造与半导体产业：芯片级储能的关键突破 随着半导体器件向微型化、集成化发展，芯片级储能成为重要需求。该工艺实现的晶圆级制备，可直接与半导体制造流程兼容，为芯片集成储能提供核心材料。同时，其极速热处理的技术逻辑，还可借鉴至半导体封装中的热管理环节，推动高端芯片制造工艺优化。此外，脉冲激光器等高端制造设备依赖高功率电容器实现能量释放，该工艺制品可提升激光器的脉冲能量与稳定性，助力高端装备国产化。
3. 航空航天与极端环境装备产业：突破环境适应性瓶颈 航空航天、深海探测、极地科考等领域的电子设备，长期受极端温度、高压等环境制约。闪速退火薄膜的宽温稳定特性，可大幅提升卫星供电系统、深海探测器储能模块的可靠性。例如在航天器中，无需额外配备复杂的温控设备即可保障储能器件运行，显著降低载荷重量与能耗；在地下油气勘探设备中，可适应深井高温环境，提升勘探数据采集的连续性。

胡卫进团队的闪速退火工艺，以“一秒冰火淬炼”的技术奇迹，实现了高性能储能薄膜在性能、量产、适配性上的三重突破。这项发表于《科学进展》的成果，标志着我国在储能材料制备领域达到国际领先水平，通过与半导体、新能源等产业链的深度衔接，为高端制造业升级提供了核心技术支撑。随着工艺的进一步产业化落地，我们有望在更多高端装备中看到“中国智造”的储能核心，开启高性能储能器件的新纪元。