北京
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”的双重战略属性。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。随着AI算力通信与下一代新能源系统对材料性能需求的持续升级，如何破解铜箔在强度与塑性、导电性、热稳定性之间长期存在的“此消彼长”困境，已成为拓展其高端应用的核心瓶颈。因此，打破性能壁垒、实现多性能协同提升，是当前材料科学与工程领域亟需突破的关键课题。
近日，这一难题迎来重要突破。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢磊研究员团队与合作者,成功研发出一种兼具超高强度、高导电性与优异热稳定性的铜箔，相关研究结果于北京时间2026年4月17日在《科学》(Science)周刊在线发布。
这项突破的核心在于一种全新的“梯度序构”微观结构设计。研究团队在在满足工业化条件的电解沉积制备过程中，通过巧妙地利用微量有机添加剂，在10 微米厚铜箔（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仅为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（图1）。梯度序构纳米畴铜箔的拉伸强度高达900兆帕，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（图2），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”。
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。
该工作中金属所程钊研究员、博士生柳林海和福州大学喻志阳研究员、博士生叶晓圆为论文共同第一作者，卢磊研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金委重大研究计划集成项目、区域联合重点基金、青年B类和中国科学院全球共性挑战专项等项目资助。
图1 梯度纳米畴铜箔的微观结构
图2 梯度纳米畴铜箔的拉伸性能、热稳性与导电性
本文来自“中国科学院金属研究所”。
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