Группа китайских исследователей успешно разработала сверхтонкий материал из медной фольги, одновременно обладающий свойствами сверхвысокой прочности, высокой проводимости и высокой термической стабильности, что открывает путь для производства батарей и интегральных схем следующего поколения.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science в пятницу. Медная фольга служит как каналом для электрического тока, так и проводником тепла. На протяжении десятилетий этот материал сталкивался с давней проблемой: повышение прочности обычно происходит за счет снижения проводимости, в то время как улучшение проводимости часто ослабляет термическую стабильность.

Другими словами, улучшение одного свойства долгое время происходило за счет ухудшения других.

По словам исследователей, материал представляет собой медную фольгу толщиной 10 микрометров, содержащую наноразмерные зерна и периодически распределенные градиентные сверхнанодомены размером приблизительно 3 нанометра по всей толщине, и может быть получен с помощью промышленно масштабируемого процесса электроосаждения.

Что касается прочности, то обычная промышленная медная фольга, как правило, имеет предел прочности на растяжение около 300–600 мегапаскалей, в то время как новый разработанный материал достигает примерно 900 мегапаскалей, что примерно вдвое больше, чем у стандартных изделий.

Несмотря на резкое увеличение прочности, материал сохраняет электропроводность, эквивалентную 90% высокочистой меди. По сравнению с традиционными медными сплавами аналогичной прочности, его проводимость примерно вдвое выше.

Он также демонстрирует высокую термическую стабильность. В то время как многие высокопрочные материалы, как правило, демонстрируют ухудшение характеристик в течение нескольких дней, новый материал из медной фольги не показывает снижения характеристик после шести месяцев хранения в нормальных условиях, что делает его хорошо подходящим для электронных устройств и батарей, требующих долговременной стабильности.

По словам исследователей, эти свойства обусловлены двойным механизмом стабилизации и упрочнения, при котором периодически распределенные супернанодомены одновременно повышают прочность и стабилизируют границы зерен.

Благодаря продемонстрированной промышленной масштабируемости, ожидается, что этот материал будет использоваться для модернизации следующего поколения смартфонов, чипов искусственного интеллекта (ИИ) и электромобилей.