Science：大面積、大規模制備單晶金屬箔片工藝的重大突破

【引言】

多晶金屬具有許多晶界（GBs）而表現出較差的電學和力學性能，而單晶金屬沒有GBs，表現出不同尋常的性能。例如，單晶Cu比多晶Cu電阻率低，這是因為在GBs處消除了電子散射；單晶高溫合金通過避免了晶界滑移，具有優異的抗蠕變能力。合成單晶金屬的傳統方法是通過塊狀晶體生長（Czochralski或Bridgman方法）。單晶薄金屬膜也可以通過沉積在單晶無機襯底的頂部制備而成。但是，這些方法生產的單晶金屬面積小且價格昂貴。在退火過程中進行晶粒生長，也是消除多晶中晶界的一種常用策略。晶粒生長產生單晶合金金屬板，但僅用于Cu-Al-Mn合金。

【成果簡介】

今日，在韓國基礎科學研究所Rodney S. Ruoff教授和Hyung-Joon Shin教授（共同通訊作者）團隊的帶領下，與蔚山國立科技研究所和成均館大學合作，報道了一種無接觸退火（CFA）策略，實現了通過商業多晶箔片普適性制備大面積單晶金屬箔片。研究人員通過使用多晶金屬箔片為原料，在H₂氛圍下，以接近金屬熔點的溫度進行加熱處理，產生大面積的單晶金屬箔片。通過最小化接觸應力實現了32cm²的晶粒生長，從而產生面內和面外優先晶體取向，這一過程受驅于晶格旋轉過程中表面能最小化以及相鄰晶粒互相消耗。這一發現，可以實現大規模的單晶金屬箔片工業化生產。這些單晶金屬箔片在表面科學、基礎催化研究和各種其他應用領域中具有許多用途。相關成果以題為“Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing”發表在了Science上。

?【圖文導讀】

圖1 通過CFA生產的單晶Cu（111）箔片

圖2 通過CFA生產的單晶Pt（111）箔片

圖3?大面積單晶Cu的織構演變和晶粒長大

圖4 從{112} <111>向{111} <112>方向轉變的單晶fcc箔片

文獻鏈接：Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aao3373）

本文由材料人編輯部學術組木文韜翻譯，材料牛整理編輯。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。