手機快充發熱有救了！中國科學家造出“超級銅箔”，大電流充電更安全

手機充電幾分鐘就發熱，問題竟出在一片薄如蟬翼的銅箔上。因爲它無法同時滿足強度、導熱、耐熱三重性能的高要求。近日，中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心盧磊團隊與合作者成功研發出一種“超級銅箔”，破解了這一難題。相關論文日前發表於國際頂級學術期刊《科學》。

銅箔是集成電路互連線的關鍵導體，也是鋰電池集流體的核心基材，兼具“工業神經”與“新能源血液”雙重屬性。在很多環境下，它不僅要承受複雜的力學載荷，還需同時滿足高導電、高導熱與長期熱穩定性的嚴苛要求。

然而，高性能銅箔的製備長期受制於一個“不可能三角”：強度高時導電性差，導電好時熱穩定性又跟不上。隨着人工智能算力通信與下一代新能源系統對材料性能需求的不斷提高，打破這個“不可能三角”已迫在眉睫。

爲此，研究團隊設計了全新的“梯度序構”微觀結構。他們在電解沉積製備過程中，往電鍍液里加了一種微量有機添加劑。隨後，厚度僅10微米、純度99.91%的厚銅箔的納米晶粒基體上，竟長出了密密麻麻的、平均尺寸僅爲3納米的納米疇。

這些納米疇沿厚度方向呈貧、富交替的週期梯度分佈，像布料的經緯線一樣“交織”在銅箔中——水平方向上，晶粒間均勻分佈的納米疇能提升材料的整體均勻變形能力；垂直方向上，梯度分佈的納米疇則誘導產生超高密度的幾何必需位錯，顯著提高其強度。更巧妙的是，這些納米疇與基體形成半共格界面，如同微型鎖釦，牢牢卡住晶粒間的縫隙，防止晶粒長大，提升金屬強度。同時，它們對電子的散射極弱，電子通過時不會受到阻礙，確保了銅箔的高導電性能。

梯度納米疇銅箔的微觀結構

這種“超級銅箔”拉伸強度高達900兆帕，突破了普通工業銅箔約爲300-600兆帕的抗拉強度極限。與此同時，該銅箔導電率仍然高達高純銅的90%，比同等強度水平的銅合金高出約2倍。而且，不同於一些放置幾天性能就會衰退的高強度材料，“超級銅箔”室溫存放近半年後性能毫無衰減，熱穩定性出色，適合長期使用的電子產品、電池等場景。

據悉，這款“超級銅箔”已具備工業連續化生產能力，未來有望讓手機芯片做得更精密、長時間使用不容易發燙，新能源車鋰電池也將做得更薄、更安全，大電流充電損耗會更低。