銅因其優(yōu)良的物理性質(zhì)（高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性等）而廣泛應(yīng)用于電力電子、半導(dǎo)體工業(yè)之中。但是，銅易受腐蝕的特性極大限制了其高端應(yīng)用的開發(fā)，因電極腐蝕帶來的器件性能退化問題嚴重影響了集成器件的極限功率與性能表現(xiàn)。例如，當暴露在200 ℃的空氣中僅30分鐘后，銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率就會下降99.99999%。石墨烯因在單原子層厚度上具備優(yōu)異的防滲透能力和極高的化學(xué)穩(wěn)定性，被認為是金屬保護涂層的重要備選之一。然而，石墨烯-金屬體系通常具有弱的界面耦合作用和強的表面電化學(xué)活性，在水、氧氣等腐蝕性分子接觸石墨烯-金屬表面時，界面擴散和電化學(xué)反應(yīng)極易發(fā)生。有研究表明，在長時間、高濕度的環(huán)境下，石墨烯甚至?xí)铀巽~的腐蝕。因此，亟需開發(fā)一種能有效阻斷界面擴散和電化學(xué)腐蝕的原子級防腐技術(shù)，為下一代高端電子產(chǎn)業(yè)中銅的應(yīng)用開辟道路。

圖1：雙層石墨烯覆蓋銅的抗腐蝕性能

針對上述難題，劉開輝團隊與合作者利用雙層石墨烯覆蓋，實現(xiàn)了高效（200 ℃下1000小時，室溫環(huán)境下5年）的銅表面腐蝕保護（圖1）。并且，研究團隊證明，此方法的有效性與銅的晶面和石墨烯的堆疊方式無關(guān)，可通過多種制備方式獲得，且適用于高溫、高濕等多種環(huán)境，極大擴展了石墨烯原子級防腐涂層的應(yīng)用前景。作為原型演示，團隊在印制電路板（PCB）裸銅電路上覆蓋了雙層石墨烯，并實現(xiàn)了120 ℃下20小時以上的保護效果，相較傳統(tǒng)的防腐手段，能夠更大程度保留銅本身的優(yōu)異電學(xué)、光學(xué)等物理性質(zhì)。精細的電子能帶結(jié)構(gòu)計算與實驗表征證明，銅上雙層石墨烯的優(yōu)異防腐性能來自于其具有雙面各異的摻雜機制。該技術(shù)有望為銅在高溫、高濕等苛刻環(huán)境中的集成化應(yīng)用開辟道路，也為下一代電子器件和光電器件進一步縮小體積、實現(xiàn)微型化帶來新的機遇。