融媒中心讯/福州大学化学学院喻志阳研究员团队与中国科学院金属研究所卢磊研究员团队等在高性能铜箔结构设计与界面机制研究方面取得重要突破。近日，相关成果以“Super-nano domains enable strength-conductivity synergy in copper foils”为题发表在国际顶级学术期刊Science。喻志阳研究员为该论文共同第一作者。

铜箔是集成电路互连线和锂电池集流体的核心基础材料，在电子信息和新能源产业中具有重要战略意义。面向人工智能算力通信、先进储能和高端电子制造等需求，铜箔需兼具高强度、高韧性、高导电性和优异热稳定性，但这些性能长期难以兼得，是制约高端铜箔发展的核心瓶颈。

围绕这一挑战，研究团队提出并实现了全新的“基元梯度序构”设计。在工业可行的电沉积过程中，通过有意识地调控传统上并未受到充分关注的微量有机添加剂，在10微米厚、纯度99.91%的纳米晶铜箔中构筑出平均尺寸仅约3纳米的高密度“纳米畴”，并形成沿厚度方向“贫—富”交替分布的梯度序构。由此制备的铜箔拉伸强度达到900兆帕，导电率保持在90%IACS，室温放置近半年后性能仍保持稳定，成功突破了高强度、高导电与高热稳定难以兼得的瓶颈。

在该研究中，福州大学研究团队承担了“新型界面结构基元识别”和“构效关系原子尺度机制揭示”的核心任务。依托福州大学化学学院/电镜中心超高空间分辨球差校正电子显微平台，以及团队多年自主发展的界面分析表征软件平台，研究团队突破了超小尺度纳米畴原子结构解析、空间序构定量表征和内部轻元素识别等关键技术难题，精准锁定了决定材料性能的新型“纳米畴”界面结构基元。通过进一步研究发现，这些“纳米畴”与铜基体之间形成半共格界面，并诱导出一类由纳米尺度短程螺位错主导的新型缺陷结构。喻志阳研究员团队据此贡献了“纳米畴—半共格界面—短程螺位错”协同强化机制，揭示了其在位错存储、传递与承载中的关键作用，从微观层面阐明了该铜箔实现高强度、高导电与高热稳定协同提升的结构本质。

该成果为破解高性能铜箔“性能不可能三角”提供了新方案，也凸显了“序构基元”精准识别与界面机制解析在下一代结构—功能一体化材料研发中的重要价值。该研究工作得到了福州大学化学学院、电镜中心和磷矿及其共伴生资源绿色高效开发利用全国重点实验室等的共同支持。

梯度纳米畴铜箔的微观结构

该成果是福州大学“十五五”开局之年的第二篇CNS主刊高水平学术论文。自“十四五”以来，福州大学科研人员以第一作者、共同第一作者或通讯作者累计发表CNS主刊论文12篇。立足“十五五”崭新发展起点，福州大学紧密对标国家原始创新培育、关键核心技术攻关重大战略部署，持续深耕基础前沿科学研究，不断夯实壮大战略科技力量，坚决扛起高水平科技自立自强时代使命，聚力产出更多原创引领性重大科研成果，以硬核科创实力服务国家战略大局，彰显福大担当、贡献福大力量。（赖荣达、吴宗燚）

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed7758