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        Science:單晶金屬箔可實現大面積制備(助力鋰電和燃電再發展)

        Science:單晶金屬箔可實現大面積制備(助力鋰電和燃電再發展)

        【摘要】:
        與單晶金屬相比,多晶金屬因具有非常多的晶界而表現出較差電性能和機械性能。以銅為例,與多晶銅相比,單晶銅具有很多優點:由于沒有晶界,單晶銅的導電性會更好;由于沒有晶界,單晶銅的機械性能也會更好,可以防止實際加工生產中晶界上的斷裂;單晶銅更耐腐蝕,更抗氧化;單晶銅箔的柔韌性、硬度比多晶銅更高。?通過以上性能的對比,我們會發現如果單晶銅箔如果用于鋰電負極集流體,電池各方面性能則有望得到進一步提升。銅單晶

              與單晶金屬相比,多晶金屬因具有非常多的晶界而表現出較差電性能和機械性能。以銅為例,與多晶銅相比,單晶銅具有很多優點:

        • 由于沒有晶界,單晶銅的導電性會更好;

        • 由于沒有晶界,單晶銅的機械性能也會更好,可以防止實際加工生產中晶界上的斷裂;

        • 單晶銅更耐腐蝕,更抗氧化;

        • 單晶銅箔的柔韌性、硬度比多晶銅更高。

         

        通過以上性能的對比,我們會發現如果單晶銅箔如果用于鋰電負極集流體,電池各方面性能則有望得到進一步提升。銅單晶也是非常好的襯底材料,在表面科學、薄膜制備方面起到了越來越重要的作用。特別是近些年,銅上石墨烯的生長技術越發成熟,單晶銅箔對于提高石墨烯的質量具有重要作用。但是目前面臨的問題是,單晶金屬的價格昂貴,尺寸較小且難以獲取,越來越難滿足人們對大面積單晶金屬的需求。

         

        近日,韓國基礎科學研究所(IBS)的Hyung-Joon Shin和Rodney S. Ruoff(石墨烯大牛)等人以商用多晶金屬箔為原料,通過無觸點退火(Contact-Free Annealing; CFA)的辦法獲得了廉價易得的單晶金屬箔。無觸點退火可實現接觸應力最小化,從而產生優先的平面內晶體取向和平面外晶體取向。在晶格旋轉過程中,伴隨著相鄰晶粒的消耗,使得表面能最小化,從而驅動著巨大單晶金屬晶粒的生長,其面積高達32cm2。以銅為例,如果表面能是多晶金屬面心立方結構(FCC)晶粒生長的主要驅動力,則由于表面能最小化,其他晶面則自發地轉變為{111}面,形成大面積{111}單晶銅晶粒。采用無觸點退火的辦法,作者還獲得了大面積Cu(111),Ni(111),Co(0001),Pt(111)和Pd(111)單晶金屬箔。其中Pt(111)的大面積制造,對于燃料電池的發展可能也將會起到巨大的推動作用。該成果發表在最新的一期Science上(Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing, DOI: 10.1126/science.aao3373)。

         
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