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：
通過以上性能的對比，我們會發現如果單晶銅箔如果用於鋰電負極集流體，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、薄膜製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，單晶銅箔對於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，則由於表面能最小化，其他晶面則自發地轉變為{111}面，形成大面積{111}單晶銅晶粒。採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)的大面積製造，對於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）。
Fig. 1. A single-crystal Cu(111) foil produced by CFA.
Fig. 2. A single-crystal Pt(111) foil region produced by CFA.
Fig. 3. Texture evolution and grain growth for the large area single-crystal Cu.
Fig. 4. Transformation from the {112}<111> to the {111}<112> orientation for the single-crystal FCC foils.
將『能源學人』添加星標
就能第一時間接收到當天的最新消息
（瘋狂暗示）