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慧正資訊，來自“高分子科學(xué)前沿”的消息，北京大學(xué)劉開輝教授、上海科技大學(xué)王竹君教授與合作者揭示了銅上雙層石墨烯的雙面各異摻雜機(jī)制，解決了原子級石墨烯防腐層易受界面擴(kuò)散和電化學(xué)腐蝕侵害的難題，成功實現(xiàn)了對銅箔的超高效防腐。該技術(shù)可在室溫下保護(hù)銅箔達(dá)5年以上、80 ℃水中浸泡保護(hù)銅達(dá)100分鐘以上、200 ℃下保護(hù)銅箔達(dá)1000小時以上，達(dá)到了工信部《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》中要求的1000倍，有望拓展銅在高溫、高濕等極端環(huán)境下的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果已于近日在線發(fā)表于Nature Communications期刊上。
銅因其優(yōu)良的物理性質(zhì)（高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性等）而廣泛應(yīng)用于電力電子、半導(dǎo)體工業(yè)之中。但是，銅易受腐蝕的特性極大限制了其高端應(yīng)用的開發(fā)，因電極腐蝕帶來的器件性能退化問題嚴(yán)重影響了集成器件的極限功率與性能表現(xiàn)。例如，當(dāng)暴露在200 ℃的空氣中僅30分鐘后，銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率就會下降99.99999%。
雙層石墨烯覆蓋銅的抗腐蝕性能
針對上述難題，劉開輝團(tuán)隊與合作者利用雙層石墨烯覆蓋，實現(xiàn)了高效（200 ℃下1000小時，室溫環(huán)境下5年）的銅表面腐蝕保護(hù)。并且，研究團(tuán)隊證明，此方法的有效性與銅的晶面和石墨烯的堆疊方式無關(guān)，可通過多種制備方式獲得，且適用于高溫、高濕等多種環(huán)境，極大擴(kuò)展了石墨烯原子級防腐涂層的應(yīng)用前景。
作為原型演示，團(tuán)隊在印制電路板（PCB）裸銅電路上覆蓋了雙層石墨烯，并實現(xiàn)了120 ℃下20小時以上的保護(hù)效果，相較傳統(tǒng)的防腐手段，能夠更大程度保留銅本身的優(yōu)異電學(xué)、光學(xué)等物理性質(zhì)。精細(xì)的電子能帶結(jié)構(gòu)計算與實驗表征證明，銅上雙層石墨烯的優(yōu)異防腐性能來自于其具有雙面各異的摻雜機(jī)制。
該技術(shù)有望為銅在高溫、高濕等苛刻環(huán)境中的集成化應(yīng)用開辟道路，也為下一代電子器件和光電器件進(jìn)一步縮小體積、實現(xiàn)微型化帶來新的機(jī)遇。
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