江西理工张嘉艺最新研究：稀土离子协同优化电解铜箔突破强度-延展性瓶颈

摘要：文中深入探讨了稀土离子Ce3+和La3+对超薄电解铜箔微观结构和性能的优化机制，创新性地提出“缺陷利用”新范式，将电解铜箔研究从“工艺优化”推向“材料设计”，为高强高韧金属材料的跨尺度设计提供了坚实的理论基础。

导读

文中深入探讨了稀土离子Ce3+和La3+对超薄电解铜箔微观结构和性能的优化机制，创新性地提出“缺陷利用”新范式，将电解铜箔研究从“工艺优化”推向“材料设计”，为高强高韧金属材料的跨尺度设计提供了坚实的理论基础。

电解铜箔被称为电子制造中的“神经网络”，广泛应用于半导体、新能源等电子领域。在锂离子电池中，具有高抗拉强度和伸长率的铜箔能够通过抵抗充放电过程中的膨胀和收缩来增强电池的安全性。低粗糙度的铜箔优化了电池内部结构的接触，减少了界面电阻，提高了电池寿命和循环稳定性。然而，目前的铜箔存在表面缺陷和较差的力学及电学性能，限制了其在高端电子领域的应用。因此，开发具有低粗糙度、高抗拉强度和伸长率的铜箔成为重要的研究方向。

近日，江西理工大学张嘉艺老师带领的团队通过创新性地添加稀土离子，成功制备了具有优异抗拉强度和伸长率的4.5 μm超薄铜箔。首次系统构建了以激光束直径、激光功率和扫描速度为变量的三维成形空间，通过多尺度协同机制，实现了铜箔的高强度和高延展性。相关工作以题为“ Research on the optimization of microstructure and enhancement of properties in ultra-thin electrolytic copper foil by rare-earth ions Ce3+ and La3+ additions”发表于期刊《Journal of Materials Research and Technology》。

当Ce3+和La3+的混合浓度达到0.8 g/L时，铜箔表现出优异的综合性能：抗拉强度为591 MPa，伸长率为4.8%，表面粗糙度降低至Ra = 24.4 nm。电化学分析表明，稀土离子增强了阴极极化和成核密度（6.57×109/cm2），并显著优化了电沉积过程。铜箔的表面形貌和微观结构表明，稀土离子促进了晶粒细化（平均晶粒尺寸为0.521 μm），增加了孪晶密度，并确保了Cux(La, Ce) 1−x析出相的均匀分布。