北京的大学考研(考研北京的学校)

北京的大学考研，考研北京的学校

单晶材料的生长已经有上百年的历史，但是传统制造方法往往需要复杂、精细的制备工艺，这使得单晶材料价格普遍昂贵，并极大地限制了单晶材料的广泛应用。电镀技术由于其简单、易操作、低成本、可规模化等优势已经成为非常重要的现代加工技术。在单晶衬底上外延电镀为获得高度有序的薄膜材料提供了一种经济高效的方法。但是在传统外延电镀过程中，镀层中会不可避免地形成缺陷；随镀层厚度增加，缺陷数量的积累会导致孪晶出现，并进一步导致镀层结构向多晶转变，使得传统单晶衬底上的外延电镀只能获得几微米厚的单晶薄膜。

基于对表界面调控在材料生长过程中所起作用的深刻认识，北京大学物理学院刘开辉教授、王恩哥院士与合作者从表界面物理出发，提出了一种“原子台阶引导原子精准排列”的调控策略，利用简单、易操作且低成本的电镀方法，实现了厚度可达毫米量级的单晶厚铜的制备。研究团队在前期工作中通过表界面调控晶粒异常长大过程，利用高温退火技术实现了30余种高指数晶面、A4尺寸单晶铜箔库的制备（Nature,2020,581, 406）。在本工作中，研究团队以高温退火得到的高指数面单晶铜箔（25微米厚）作为阴极，以商用多晶铜板作为阳极，在硫酸铜溶液中进行电镀，实现了分米级大小单晶厚铜片的制备。

实验发现，高指数单晶铜表面独特的原子台阶结构，能够引导铜原子的有序沉积，减少缺陷、层错或晶格孪晶的形成。以高指数面单晶铜为电镀衬底，成功解决了传统外延电镀过程中镀层缺陷积累导致结构向多晶转变而无法获得厚单晶镀层的问题，目前已实现3毫米厚单晶铜片的制备。与相同厚度的多晶铜比，所制备的单晶铜在电导率、延展性和疲劳性能方面具有显着提升。研究成果为单晶铜片的规模化生产提供了新的策略，有望推动单晶铜在高速、大功率、柔性电路等领域的高端应用，同时该方法的提出为金属单晶体材料的工业化应用提供了一种简单、有效、易控制的规模化制备方法。

图1. 原子台阶辅助外延电镀单晶厚铜片。（a）电镀单晶铜片示意图；（b）电镀得到的单晶厚铜片照片；（c）单晶Cu(211)上台阶诱导岛生长（上）及Cu(111)晶面上传统岛生长模式示意图；（d）Cu(211)及Cu(111)衬底上镀层晶体结构随厚度变化。图片来源：Sci. Bull.

近日，相关研究成果在线发表于《科学通报》（Science Bulletin）。北京大学博士生李兴光为论文第一作者，北京大学刘开辉教授、王恩哥院士和北京科技大学张智宏副教授为共同通讯作者，其他合作者还包括北京大学王新强教授、高鹏教授、吴慕鸿副研究员、松山湖材料实验室付莹研究员等。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省重点领域研发计划、广东省基础与应用基础研究重大项目、中国科学院战略性先导科技专项、北京大学电子显微镜实验室等支持。

Production of single-crystal Cu plates by electrodeposition on high-index Cu foils

Xingguang Li, Zhihong Zhang*, Zhibin Zhang, Jinzong Kou, Muhong Wu, Mengze Zhao, Ruixi Qiao, Zhiqiang Ding, Zhiqiang Zhang, Fang Liu, Xiaonan Yang, Dingxin Zou, Xinqiang Wang, Peng Gao, Ying Fu, Enge Wang*, Kaihui Liu*

Sci. Bull.,2023, DOI: 10.1016/j.scib.2023.06.023

作者简介

张智宏

http://faculty.ustb.edu.cn/zhangzhihong/zh_CN/index.htm

刘开辉

http://liugroup.pku.edu.cn/home.html

https://www.x-mol.com/university/faculty/219263

王恩哥

https://icqm.pku.edu.cn/rydw/jzyg/236925.htm

https://www.x-mol.com/university/faculty/61778

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