基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）多維碳材料中心的一個研究小組在《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)性能和機械性能惡化。相反，單晶金屬沒有GB，并且具有更高的導(dǎo)電性和其他增強的品質(zhì)，這些品質(zhì)可以在多個領(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，因為某些單晶金屬，例如銅，鎳和鈷，適合于在它們之上生長無缺陷的石墨烯，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機襯底上沉積金屬薄膜的方法，以較高的加工成本實現(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，由蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）的Rodney Ruoff領(lǐng)導(dǎo)的IBS團(tuán)隊，以及JIN Sunghwan和SHIN Hyung-Joon，發(fā)明了“無接觸退火”（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)行測試：銅，鎳，鈷，鉑和鈀。它導(dǎo)致了“巨大的晶粒生長”，銅達(dá)到了32平方厘米。

    針對不同的金屬具體的實驗細(xì)節(jié)是不同的。在銅的情況下，使用石英支架和桿來懸掛金屬箔，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（1358K）的溫度下在氫氣和氬氣氛下加熱數(shù)小時，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。所實現(xiàn)的尺寸受到爐子尺寸的限制，因此可以期望通過“工業(yè)”加工方法生產(chǎn)更大的箔。

    因為鉑的熔化溫度較高（2041K），要使它融化必須要用電阻加熱的方法。電流通過連接在兩個相反電極上的鉑箔，然后移動和調(diào)整一個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，因為它也適用于鈀。

    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)明了一種簡單的可伸縮的方法來制造如此大的單晶，這就產(chǎn)生了一個令人興奮的問題，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！”

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：王元

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414