在材料科学领域，有一道被称为“不可能三角”的难题长期困扰着全球研究者：金属材料的强度、导电性和热稳定性三者之间天然存在此消彼长的制约关系，若要提升其中一项性能，往往意味着牺牲其他两项。
然而，中国科学院金属研究所卢磊研究员团队与合作者近日成功攻克了这一难题，研发出一种兼具超高强度、高导电率与高热稳定性的新型铜箔，为高端铜箔制造提供了一条全新技术路线。相关研究成果于北京时间2026年4月17日在国际顶尖学术期刊《科学》周刊在线发表。
这一被科研人员称为“超级铜箔”的新型材料，其拉伸强度高达900兆帕，突破了常规铜箔的强度极限。与此同时，该铜箔的导电率保持在90%IACS，较同等强度水平的铜合金提升约2倍；室温放置近半年后性能无衰减，成功实现了强度、导电性和热稳定性三者兼得的“不可能三角”。
从“互斥”到“兼得”：破解百年材料困局
铜是人类最早使用和最为熟悉的金属材料之一，其优异的导电性能使其成为现代电子工业不可或缺的基础材料。从智能手机的电路板到新能源汽车的电池集流体，从通信电缆到航天器线束，铜箔的身影无处不在。
然而，铜箔的性能瓶颈也是显而易见的。高纯铜的导电性虽然出色，但强度有限，难以满足日益严苛的工业需求；通过合金化或晶粒细化虽然可以提升强度，却往往以牺牲导电性为代价。而在高温工况下，铜箔的热稳定性更是一个容易被忽视却至关重要的指标——热稳定性不足意味着材料在长期服役过程中会发生结构退化，导致性能下降甚至器件失效。
如何让一张厚度仅数十微米的铜箔同时具备高强度、高导电率和良好的热稳定性？这是全球材料科学界长期关注的前沿课题，也是高端制造业亟待突破的“卡脖子”技术之一。
创新设计：“梯度序构”改写微观规则
此次突破的核心，在于一种全新的“梯度序构”微观结构设计。
研究团队在电解沉积制备过程中，通过精准调控微量有机添加剂，在厚度仅10微米的厚铜箔（纯度99.91%）的纳米晶粒基体上，诱导形成了高密度、平均尺寸仅为3纳米的纳米畴。这些纳米畴沿厚度方向呈梯度分布，形成了一种被称为“梯度序构”的独特微观结构。
这一结构设计的神奇之处在于：纳米畴的存在有效阻碍了位错运动，从而大幅提升了铜箔的强度；然而由于纳米畴尺寸极小且分布有序，它们对电子散射的影响微乎其微，因此导电性几乎没有损失。与此同时，梯度分布的结构特征还赋予了材料优异的热稳定性，使纳米结构在高温环境下不易发生粗化。
由此构成的“梯度序构”纳米畴铜箔，在强度、导电性和热稳定性三者之间找到了一个精妙的平衡点。这一突破彻底打破了长期以来业界认为“高强度必然伴随低导电率”的固有认知。
广泛应用：从手机到新能源汽车
“超级铜箔”的问世，将对多个战略性产业产生深远影响。
在消费电子领域，智能手机和笔记本电脑的轻薄化趋势对铜箔的厚度和性能提出了越来越高要求。新型铜箔的高导电率意味着更低的焦耳热损耗——通俗地说，就是手机充电时发热量更小，充电效率和安全性更高。这对于解决当前快充技术带来的散热难题具有重要意义。
在新能源汽车领域，动力电池的集流体是决定电池能量密度和安全性的关键部件。“超级铜箔”的超高强度使其能够承受更严苛的机械加工和长期服役应力，而高导电率则有助于降低电池内阻，提升充放电效率。这对于提升电动汽车的续航里程和充电速度将产生直接贡献。
在通信和航空航天领域，高性能铜箔的应用场景更为广阔。5G/6G通信基站的高频信号传输、航天器的轻量化电气布线、高铁的牵引供电系统……这些对材料综合性能要求极为苛刻的领域，都将从“超级铜箔”的问世中获益。
从实验室到产业：中国材料科学的新飞跃
值得强调的是，这一突破性成果完全由我国科学家自主完成，从材料设计、制备工艺到性能表征，全部基于自主知识产权的核心技术。
中国科学院金属研究所卢磊研究员团队长期深耕序构金属材料领域，在纳米金属的制备与性能研究方面积累了深厚基础。此次“超级铜箔”的研制成功，不仅是该团队继此前在序构金属领域取得多项突破之后的又一重大进展，更标志着我国在高性能铜基材料的研究与制备方面已跻身世界前列。
材料科学是制造业的基石，高端材料的自主研发能力直接关系到一个国家在战略性新兴产业中的核心竞争力。从“跟跑”到“并跑”再到部分领域的“领跑”，中国材料科学工作者正以一个个坚实的科研成果，书写着科技自立自强的崭新篇章。
随着“超级铜箔”从实验室走向生产线，可以预见，这一兼具高强度、高导电率与高热稳定性的新型材料，将在不久的将来走进千家万户，为数字经济和绿色能源的高质量发展提供坚实支撑。
刘家禾 卢鹏翔 梅昊天
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