【科学背景】
随着高能效储能设备与人工智能系统的快速发展，以及电子器件不断向小型化、轻量化迈进，对更薄、更高性能的铜箔提出了迫切需求。铜箔作为锂离子电池中的关键集流体和集成电路中的主要导电基底，必须在严苛的机械与电学条件下保持可靠的结构完整性和导电性。然而，通过传统晶粒细化提升强度的同时，往往伴随着电导率的降低和室温自退火导致的热稳定性丧失，使得超高强度、高导电性、优良延展性与热稳定性难以在同一材料中共存。这种性能间的相互制约源于晶界对电子散射的增强以及高能晶界的本征不稳定性，成为先进铜箔材料发展的核心科学挑战。
【创新成果】
针对以上难题，中国科学院金属研究所卢磊研究员团队在Science上发表了题为“Super-nano domains enable strength-conductivity synergy in copper foils”的论文，报道了一种厚度为10微米的铜箔，其内部具有纳米级晶粒和沿厚度方向呈周期性梯度分布的超级纳米畴（GSD）（尺寸约3纳米）。该铜箔通过工业兼容的直流电沉积工艺制备，展现出约900兆帕的抗拉强度、90%国际退火铜标准的电导率以及优异的热稳定性。这些卓越性能归因于一种双重强化-稳定机制：周期性分布的超级纳米畴既增强了材料的强度，又稳定了晶界结构。该策略不仅推动了铜箔技术的发展，也为开发其他可规模化生产的高性能金属材料提供了普适的设计路径。
【图文解析】
图1 GSD铜箔的微观结构与化学特性©2026 AAAS
图2 GSD铜箔的力学与电学性能©2026 AAAS
图3 GSD -113的变形微观结构©2026 AAAS
图4 GSD -113第二层中的位错行为©2026 AAAS
【科学启迪】
综上所述，这项工作通过直流电沉积在铜箔中成功构筑了由纳米晶粒与周期性梯度分布的超级纳米畴组成的独特纳米结构。这种梯度超级纳米畴构型有效稳定了晶界，同时实现了超高强度、优异热稳定性和卓越电导率的协同提升，解决了铜箔中普遍存在的室温自退火和传统强度-电导率倒置关系难题。由于该材料杂质含量极低且制备工艺与现有工业电沉积流程完全兼容，梯度超级纳米畴设计为高性能导电材料的低成本、规模化生产提供了一条切实可行的途径。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed7758
