日前
松山湖材料实验室/北京大学
刘开辉研究员
王恩哥院士研究团队与合作者
创造性提出一种晶体表界面调控的
“变异和遗传”生长机制
在国际上首次实现种类最全
尺寸最大的高指数
晶面单晶铜箔库的制造
并且相关研究成果
以“Seeded growth of large single-crystal copper foils with high-index facets”为题
在线发表在国际顶级学术期刊
《自然》杂志上
铜是一种重要的材料，被广泛应用于电气、电子、通信、国防等关键领域。但目前市场上的商业用铜基本上为多晶铜，其中存在的某些缺陷致使电子、声子输运效率大幅降低。
理论上，具备完美晶体结构的单晶铜可将铜的本征电学和热学性能发挥到极致，预期会在低损耗、高散热的电力、电子器件应用方向产生重要影响。此外，单晶铜还是获得特殊结构和功能的二维材料单晶薄膜和有机分子单晶薄膜可控制备的关键衬底。
然而，当前商业化单晶金属一般是通过切割块体单晶铸锭获得，成本昂贵且尺寸小，无法精准制备出各种高指数晶面。因此，制备大尺寸、多种指数晶面的单晶铜箔是产业界、科研界亟待解决的重要课题。
近年来，刘开辉研究员带领的轻元素材料团队在大尺寸单晶铜箔制备及相关研究取得了一系列的研究成果。
利用高温退火技术实现米级单晶Cu(111)的制备，并以其为衬底成功实现米级单晶石墨烯薄膜的超快外延制备等。此外该团队还成功外延合成分米级二维绝缘体氮化硼单晶薄膜，该研究成果于2019年5月在《自然》杂志发表。
在前期研究基础上，刘开辉领导的轻元素材料团队，通过系统研究铜箔再结晶过程中晶粒长大的热力学和动力学过程，发展出一种新的退火技术，改变了传统的工艺，从而制备出A4纸尺寸的高指数晶面单晶，晶面种类多达30余种。
同时，研究团队以所制备的单晶铜箔作为“籽晶”置于大尺寸商业多晶铜箔上，通过特殊的工艺，成功地将“籽晶”的晶向完美地复制到了多晶铜箔上，实现特定晶面大尺寸单晶铜箔和单晶铜锭的定向精准制造。
这一成果实现了世界上最大尺寸、晶面指数最全的单晶铜箔库的可控制备，所提出的晶面指数调控机理和技术可以进一步推广到其他金属材料的单晶制造。因此，该工作对于单晶金属的制造及应用将产生重大的影响。
吴慕鸿、张志斌、徐小志、张智宏为论文共同第一作者，松山湖材料实验室/北京大学刘开辉、王恩哥，南方科技大学俞大鹏，韩国蔚山科学技术院丁峰为论文通讯作者。该研究成果得到了自然科学基金委、科技部、广东省等的大力支持。
据介绍，轻元素材料团队作为首批入驻松山湖材料实验室的创新团队，聚焦国家重大战略需求及产业化核心技术研发，致力于高品质单晶铜箔、单晶石墨烯、单晶六方氮化硼薄膜批量制备，结合大型装备研发，发展大尺寸、大单晶、超洁净轻元素单晶材料的规模化制备技术，形成高品质轻元素单晶材料的生产示范线，开发一系列高品质轻元素单晶材料产品，配套研发一系列颠覆性先进声光电器件，掌握高质量轻元素单晶材料与器件制备的关键技术。
