分会

第四十四分会：纳米碳材料

摘要

铜的高指数晶面具有复杂的表面原子排布结构和丰富的物理化学性质，是二维材料、表面物理化学、模型催化等研究领域的理想平台。然而大面积高指数晶面单晶铜制备是一大瓶颈。传统制备单晶铜衬底的方法，例如晶棒切割、模板外延等面临单晶面积小、成本高、工艺流程复杂、晶面指数受限等问题。近年来，人们利用异常晶粒长大的方法可以将多晶铜箔转化为单晶铜箔。然而，Cu(111)具有更低的表面能，因此难以通过普通退火的方法得到高指数晶面的铜单晶[1]。我们发现，除表面能外，应变能也是影响铜晶面取向的关键因素。为此，我们发展了一种应变退火的方法，成功将廉价易得的工业铜箔转变为一系列具有不同晶面指数的单晶铜箔[2]。理论及实验结果表明，在退火过程中铜箔与载具之间的接触热应力是导致高指数晶面出现的关键因素，这区别于由表面能驱动的基础晶面。进一步地，通过合理设计退火炉中的静态温度梯度，高指数晶面异常晶粒能够在整个铜箔中扩展，形成分米尺寸的单晶。通过该方法制备的单晶铜箔可以进一步用作制备单晶铜镍合金的模板以及石墨烯外延生长的衬底[2,3]。本研究为二维材料及相关领域的研究提供了材料基础。

关键词

单晶铜;铜镍合金;高指数晶面;异常晶粒长大;应变能

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