盧磊團隊最新《Science》：重要突破！實現超高強、高導與高熱穩定“超級銅箔”

銅箔作為集成電路互連線的關鍵導體與鋰電池集流體的核心基材，兼具“工業神經”與“新能源血液”的雙重戰略屬性。在多場耦合服役環境下，它不僅要承受復雜的力學載荷，還需同時滿足高導電、高導熱與長期熱穩定性的嚴苛要求。隨著AI算力通信與下一代新能源系統對材料性能需求的持續升級，如何破解銅箔在強度與塑性、導電性、熱穩定性之間長期存在的“此消彼長”困境，已成為拓展其高端應用的核心瓶頸。因此，打破性能壁壘、實現多性能協同提升，是當前材料科學與工程領域亟需突破的關鍵課題。

近日，這一難題迎來重要突破。中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心盧磊研究員團隊與合作者,成功研發出一種兼具超高強度、高導電性與優異熱穩定性的銅箔，相關研究結果于北京時間2026年4月17日在《科學》(Science)周刊在線發布。

這項突破的核心在于一種全新的“梯度序構”微觀結構設計。研究團隊在在滿足工業化條件的電解沉積制備過程中，通過巧妙地利用微量有機添加劑，在10 微米厚銅箔（純度99.91%）的納米晶粒基體上形成了高密度納米疇。這些納米疇平均尺寸僅為3 nm，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（圖1）。梯度序構納米疇銅箔的拉伸強度高達900兆帕，突破了常規銅箔的強度極限。同時，該銅箔導電率保持在90%IACS，較同等強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），成功攻克了強度、導電性和熱穩定性難以兼得的“不可能三角”。

優異性能的協同提升源于納米疇在“晶粒間和晶粒內”的雙重序構效應。水平方向上，晶粒間均勻分布的納米疇能有效抑制應變局域化，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產生超高密度的幾何必需位錯，實現顯著強化。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，確保銅箔的高導電性。

該研究不僅為高性能銅箔的制備開辟了全新的設計思路，也展現了“基元梯度序構”策略在開發下一代結構—功能一體化材料研發中的巨大潛力，值得強調的是，梯度納米疇銅箔已具備在工業條件下的連續化生產能力，為其規模化應用奠定了基礎，對電子信息產業和新能源產業的發展具有重要戰略意義。

該工作中金屬所程釗研究員、博士生柳林海和福州大學喻志陽研究員、博士生葉曉圓為論文共同第一作者，盧磊研究員為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金委重大研究計劃集成項目、區域聯合重點基金、青年B類和中國科學院全球共性挑戰專項等項目資助。

圖1 梯度納米疇銅箔的微觀結構

圖2 梯度納米疇銅箔的拉伸性能、熱穩性與導電性

本文來自“中國科學院金屬研究所”。

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