Science：大面积、大规模制备单晶金属箔片工艺的重大突破

【引言】

多晶金属具有许多晶界（GBs）而表现出较差的电学和力学性能，而单晶金属没有GBs，表现出不同寻常的性能。例如，单晶Cu比多晶Cu电阻率低，这是因为在GBs处消除了电子散射；单晶高温合金通过避免了晶界滑移，具有优异的抗蠕变能力。合成单晶金属的传统方法是通过块状晶体生长（Czochralski或Bridgman方法）。单晶薄金属膜也可以通过沉积在单晶无机衬底的顶部制备而成。但是，这些方法生产的单晶金属面积小且价格昂贵。在退火过程中进行晶粒生长，也是消除多晶中晶界的一种常用策略。晶粒生长产生单晶合金金属板，但仅用于Cu-Al-Mn合金。

【成果简介】

今日，在韩国基础科学研究所Rodney S. Ruoff教授和Hyung-Joon Shin教授（共同通讯作者）团队的带领下，与蔚山国立滚球体育 研究所和成均馆大学合作，报道了一种无接触退火（CFA）策略，实现了通过商业多晶箔片普适性制备大面积单晶金属箔片。研究人员通过使用多晶金属箔片为原料，在H₂氛围下，以接近金属熔点的温度进行加热处理，产生大面积的单晶金属箔片。通过最小化接触应力实现了32cm²的晶粒生长，从而产生面内和面外优先晶体取向，这一过程受驱于晶格旋转过程中表面能最小化以及相邻晶粒互相消耗。这一发现，可以实现大规模的单晶金属箔片工业化生产。这些单晶金属箔片在表面科学、基础催化研究和各种其他应用领域中具有许多用途。相关成果以题为“Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing”发表在了Science上。

【图文导读】

图1通过CFA生产的单晶Cu（111）箔片

图2通过CFA生产的单晶Pt（111）箔片

图3大面积单晶Cu的织构演变和晶粒长大

图4 从{112} <111>向{111} <112>方向转变的单晶fcc箔片

文献链接：Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aao3373）

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