手机充电几分钟就发热，问题竟出在一片薄如蝉翼的铜箔上。因为它无法同时满足强度、导热、耐热三重性能的高要求。近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢磊团队与合作者成功研发出一种 " 超级铜箔 "，破解了这一难题。相关论文日前发表于国际顶级学术期刊《科学》。

铜箔是集成电路互连线的关键导体，也是锂电池集流体的核心基材，兼具 " 工业神经 " 与 " 新能源血液 " 双重属性。在很多环境下，它不仅要承受复杂的力学载荷，还需同时满足高导电、高导热与长期热稳定性的严苛要求。

然而，高性能铜箔的制备长期受制于一个 " 不可能三角 "：强度高时导电性差，导电好时热稳定性又跟不上。随着人工智能算力通信与下一代新能源系统对材料性能需求的不断提高，打破这个 " 不可能三角 " 已迫在眉睫。

为此，研究团队设计了全新的 " 梯度序构 " 微观结构。他们在电解沉积制备过程中，往电镀液里加了一种微量有机添加剂。随后，厚度仅 10 微米、纯度 99.91% 的厚铜箔的纳米晶粒基体上，竟长出了密密麻麻的、平均尺寸仅为 3 纳米的纳米畴。

这些纳米畴沿厚度方向呈贫、富交替的周期梯度分布，像布料的经纬线一样 " 交织 " 在铜箔中——水平方向上，晶粒间均匀分布的纳米畴能提升材料的整体均匀变形能力；垂直方向上，梯度分布的纳米畴则诱导产生超高密度的几何必需位错，显著提高其强度。更巧妙的是，这些纳米畴与基体形成半共格界面，如同微型锁扣，牢牢卡住晶粒间的缝隙，防止晶粒长大，提升金属强度。同时，它们对电子的散射极弱，电子通过时不会受到阻碍，确保了铜箔的高导电性能。

梯度纳米畴铜箔的微观结构

这种 " 超级铜箔 " 拉伸强度高达 900 兆帕，突破了普通工业铜箔约为 300-600 兆帕的抗拉强度极限。与此同时，该铜箔导电率仍然高达高纯铜的 90%，比同等强度水平的铜合金高出约 2 倍。而且，不同于一些放置几天性能就会衰退的高强度材料，" 超级铜箔 " 室温存放近半年后性能毫无衰减，热稳定性出色，适合长期使用的电子产品、电池等场景。

据悉，这款 " 超级铜箔 " 已具备工业连续化生产能力，未来有望让手机芯片做得更精密、长时间使用不容易发烫，新能源车锂电池也将做得更薄、更安全，大电流充电损耗会更低。