金屬所盧磊團隊，第8篇Science！

銅箔作為集成電路互連線的關鍵導體與鋰電池集流體的核心基材，兼具“工業神經”與“新能源血液”的雙重戰略屬性。在多場耦合服役環境下，它不僅要承受復雜的力學載荷，還需同時滿足高導電、高導熱與長期熱穩定性的嚴苛要求。隨著AI算力通信與下一代新能源系統對材料性能需求的持續升級，如何破解銅箔在強度與塑性、導電性、熱穩定性之間長期存在的“此消彼長”困境，已成為拓展其高端應用的核心瓶頸。因此，打破性能壁壘、實現多性能協同提升，是當前材料科學與工程領域亟需突破的關鍵課題。

近日，這一難題迎來重要突破。中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心盧磊研究員團隊與合作者, 成功研發出一種兼具超高強度、高導電性與優異熱穩定性的銅箔，相關研究結果于北京時間2026年4月17日在《科學》(Science)周刊在線發布。

圖1 梯度納米疇銅箔的微觀結構

這項突破的核心在于一種全新的“梯度序構”微觀結構設計。研究團隊在在滿足工業化條件的電解沉積制備過程中，通過巧妙地利用微量有機添加劑，在10微米厚銅箔（純度99.91%）的納米晶粒基體上形成了高密度納米疇。這些納米疇平均尺寸僅為3nm，沿銅箔厚度方向呈“貧、富”交替周期分布的納米尺度梯度序構（圖1）。梯度序構納米疇銅箔的拉伸強度高達900兆帕，突破了常規銅箔的強度極限。同時，該銅箔導電率保持在90%IACS，較同等強度水平的銅合金提升約2倍；室溫放置近半年后性能無衰減（圖2），成功攻克了強度、導電性和熱穩定性難以兼得的“不可能三角”。

圖2 梯度納米疇銅箔的拉伸性能、熱穩性與導電性

優異性能的協同提升源于納米疇在“晶粒間和晶粒內”的雙重序構效應。水平方向上，晶粒間均勻分布的納米疇能有效抑制應變局域化，提升材料的整體均勻變形能力；垂直方向上，梯度分布的納米疇則誘導產生超高密度的幾何必需位錯，實現顯著強化。尤其是，超高密度、極小尺寸的納米疇與基體呈半共格界面，既能有效釘扎晶界，抑制晶粒長大，又因其對電子的散射作用極弱，確保銅箔的高導電性。

該研究不僅為高性能銅箔的制備開辟了全新的設計思路，也展現了“基元梯度序構”策略在開發下一代結構—功能一體化材料研發中的巨大潛力，值得強調的是，梯度納米疇銅箔已具備在工業條件下的連續化生產能力，為其規模化應用奠定了基礎，對電子信息產業和新能源產業的發展具有重要戰略意義。

該工作中金屬所程釗研究員、博士生柳林海和福州大學喻志陽研究員、博士生葉曉圓為論文共同第一作者，盧磊研究員為通訊作者。該研究獲得國家自然科學基金委重大研究計劃集成項目、區域聯合重點基金、青年B類和中國科學院全球共性挑戰專項等項目資助。

全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed7758

作者簡介

盧磊，博士，女，中國科學院金屬研究所研究員、博士生導師，中國科學院人才計劃、國家杰出青年科學基金、國家級科技創新領軍人才獲得者，中國科學技術部“納米前沿”重點專項總體專家組副組長，遼寧省“興遼計劃”創新領軍人才等。現任國際納米材料、國際材料強度大會委員會委員；Acta Materialia 和Scripta Materialia 期刊編輯。主要從事納米結構金屬材料的制備、力學性能及變形機理的基礎研究。發表SCI論文159篇（其中包括Science 8篇，Nature 2篇），被SCI文章引用>25000次，獲國內發明專利16項，國際發明專利6項。近年來在國際學術會議做大會、主題和邀請報告80余次。曾獲中國科學院院長獎學金特別獎、全國優秀百篇博士學位論文獎、中國青年女科學家獎、2014-2016年獲湯森路透“全球高被引用科學家”，2015-2023年獲愛思唯爾“中國高被引學者”、2019-2021年獲中國科學院“優秀導師獎”、2021年獲“TMS Brimacombe Medal Award”，中國科學技術大學“科教融合優秀導師獎”等獎項。

課題組主要從事塊體納米結構金屬材料的研究，包括樣品制備、微觀結構表征、結構穩定性、綜合力學性能和理化性能。通過理解其結構性能關系，揭示納米結構金屬材料的強韌化機理。課題組瞄準國際前沿和國家重大需求，堅持原創性研究，不斷拓寬研究基礎，致力于在多尺度納米金屬材料的結構設計、制備技術方面取得突破，深入研究多尺度納米金屬材料結構穩定性、微觀結構與性能的本征關系，揭示多尺度納米金屬材料強韌化機理，實現金屬材料綜合性能的整體提高。同時課題組注重人才培養，特別是研究生隊伍科研能力和綜合素質的培養與提高，以為材料科學研究培養優秀后備人才為重要使命。

代表性論文

1.?Superior resistance to cyclic creep in a gradient structured steel.Science, 388（2025）82-88.

2. Atomic faulting induced exceptional cryogenic strain hardening in gradient-cell-structured alloy. Science, 382 (2023)185–190.

3. Unraveling the origin of extra strengthening in gradient nanotwinned metals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 119 (2022) e2116808119.

4. Gradient cell–structured high-entropy alloy with exceptional strength and ductility. Science, 374 (2021) 984–989.

5. Extra strengthening and work hardening in gradient nanotwinned metals. Science, 362 (2018) 559.

6. History-independent cyclic response of nanotwinned metals. Nature, 551 (2017) 214-217.

7. Dislocation nucleation governed softening and maximum strength in nano-twinned metals. Nature, 464 (2010) 877-880.

8. Strengthening materials by engineering coherent internal boundaries at the nanoscale. Science, 324 (2009) 349-352.

9. Revealing the maximum strength in nanotwinned copper. Science, 323 (2009) 607-610.

10. Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper. Science, 304 (2004) 422-426.

來源：中國科學院金屬研究所