基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）多維碳材料中心的一個(gè)研究小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇文章，內(nèi)容是一種將廉價(jià)的多晶金屬箔轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅軆?yōu)越的單晶的新方法。預(yù)計(jì)這些材料將在科學(xué)和技術(shù)方面有許多用途。

    大多數(shù)金屬材料的結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是不同微小晶體組成的，在每個(gè)小晶格之間的邊界上帶有一些缺陷。這些缺陷稱為晶界（GB），使金屬的電學(xué)性能和機(jī)械性能惡化。相反，單晶金屬?zèng)]有GB，并且具有更高的導(dǎo)電性和其他增強(qiáng)的品質(zhì)，這些品質(zhì)可以在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，例如電子，等離子體和催化等。單晶金屬箔也引起了極大的關(guān)注，因?yàn)槟承﹩尉Ы饘伲玢~，鎳和鈷，適合于在它們之上生長(zhǎng)無(wú)缺陷的石墨烯，氮化硼和金剛石。

    單晶通常是由“單晶胞”開始制作的。傳統(tǒng)的方法，如提拉法或布里奇曼法，或其他基于在單晶無(wú)機(jī)襯底上沉積金屬薄膜的方法，以較高的加工成本實(shí)現(xiàn)了小單晶。

    為了讓這種金屬結(jié)構(gòu)得到更為廣泛的應(yīng)用，由蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）的Rodney Ruoff領(lǐng)導(dǎo)的IBS團(tuán)隊(duì)，以及JIN Sunghwan和SHIN Hyung-Joon，發(fā)明了“無(wú)接觸退火”（CFA）技術(shù)。CFA包括將多晶金屬箔加熱到略低于每種金屬熔點(diǎn)的溫度。這種新方法不需要單晶種子或模板，這樣子就打破了最大晶體尺寸的限制，并且使用五種不同類型的金屬箔進(jìn)行測(cè)試：銅，鎳，鈷，鉑和鈀。它導(dǎo)致了“巨大的晶粒生長(zhǎng)”，銅達(dá)到了32平方厘米。

    針對(duì)不同的金屬具體的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)是不同的。在銅的情況下，使用石英支架和桿來(lái)懸掛金屬箔，就像懸掛在晾衣繩上的衣服一樣。然后，在管狀爐中將箔加熱至約1050攝氏度（1323開氏度），在接近銅的熔點(diǎn)（1358K）的溫度下在氫氣和氬氣氛下加熱數(shù)小時(shí)，然后冷卻。

    科學(xué)家們還從鎳和鈷箔上獲得了單晶，每片約11平方厘米。所實(shí)現(xiàn)的尺寸受到爐子尺寸的限制，因此可以期望通過(guò)“工業(yè)”加工方法生產(chǎn)更大的箔。

    因?yàn)殂K的熔化溫度較高（2041K），要使它融化必須要用電阻加熱的方法。電流通過(guò)連接在兩個(gè)相反電極上的鉑箔，然后移動(dòng)和調(diào)整一個(gè)電極以保持箔在膨脹和收縮期間內(nèi)保持平坦。研究小組希望這種方法適用于其它金屬箔，因?yàn)樗策m用于鈀。

    這些大的單晶金屬箔在許多應(yīng)用中是有用的。例如，可以在它們上面生長(zhǎng)石墨烯：在單晶銅箔上得到質(zhì)量非常高的單晶單層石墨烯，在單晶銅鎳合金箔上形成多層石墨烯。

    新型單晶銅箔顯示出良好的電性能。Sungkyunkwan大學(xué)的YOO Won Jong和MOON Inyong合作者測(cè)量了單晶銅箔的室溫電導(dǎo)率與市售多晶箔相比增加了7%。

    該研究的第一作者金成煥和他的主管魯夫（Ruoff）表示：“現(xiàn)在我們已經(jīng)探索了這五種金屬，并且發(fā)明了一種簡(jiǎn)單的可伸縮的方法來(lái)制造如此大的單晶，這就產(chǎn)生了一個(gè)令人興奮的問(wèn)題，即其他類型的多晶金屬薄膜，如鐵，是否也能被轉(zhuǎn)化為單晶。”Ruoff熱情地總結(jié)道：“現(xiàn)在這些廉價(jià)的單晶金屬箔已經(jīng)面世了，看到它們被科學(xué)和工程界等等所使用將是非常令人興奮的！”

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