第一作者：Sunghwan Jin
通訊作者：Rodney S. Ruoff、Hyung-Joon Shin
通訊單位：韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所
研究亮點(diǎn)：
發(fā)展了一種無接觸退火（CFA）策略，實(shí)現(xiàn)了通過商業(yè)多晶金屬箔片普適性制備大面積單晶金屬箔片。
單晶金屬由于具有無晶界的光滑表面和強(qiáng)各向異性，表現(xiàn)出許多不同尋常的電學(xué)、力學(xué)、吸附、催化性能。譬如，單晶Cu比多晶Cu電阻低，很重要的原因在于多晶Cu晶界處會(huì)發(fā)生電子散射；單晶超級(jí)合金因?yàn)楸苊饬司Ы缁贫哂懈鼉?yōu)異的抗蠕變性能；除此之外，單晶表面，尤其是大面積單晶表面也是CVD制備大面積高品質(zhì)石墨烯、氮化硼等二維材料的重要基底材料。
商業(yè)化的單晶金屬一般通過塊體晶體生長或者在基底上沉積薄膜制備，成本昂貴，且面積較小。在退火過程中進(jìn)行晶粒生長，是消除多晶中晶界的一種常用策略。
有鑒于此，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所Rodney S. Ruoff和Hyung-Joon Shin團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種無接觸退火（CFA）策略，實(shí)現(xiàn)了通過商業(yè)多晶箔片普適性制備大面積單晶金屬箔片。
圖1. CFA策略制備的單晶Cu
圖2. CFA策略制備的單晶Pt
CFA策略，即在氫氣氛圍下，以接近金屬熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行加熱處理。研究人員對(duì)商業(yè)化Cu箔進(jìn)行無接觸退火處理之后，沒有發(fā)現(xiàn)多晶表面標(biāo)志性的熱溝紋，證明了多晶到單晶的轉(zhuǎn)變。通過最小化接觸壓力，研究人員實(shí)現(xiàn)了32 cm2的巨晶生長，并實(shí)現(xiàn)了Cu(111), Ni(111),Co(0001), Pt(111)和Pd(111)等一系列金屬的普適性單晶轉(zhuǎn)變。
這種無接觸的退火策略具有兩大核心優(yōu)勢：
1）不需要單晶晶種或模板，從而不會(huì)限制單晶最大尺寸。
2）直接以商業(yè)化多晶為原材料，廉價(jià)易得。
圖3. CFA過程中，Cu表面圖案演變
進(jìn)一步研究表明，CFA策略制備的單晶晶體具有面內(nèi)和面外優(yōu)先晶體取向，這一過程受驅(qū)于晶格旋轉(zhuǎn)過程中表面能最小化以及相鄰晶粒互相消耗。研究人員通過第一性原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)取向進(jìn)行了具體研究。另外，研究人員還利用所制備的單晶實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯的制備驗(yàn)證。
圖4. {112}<111>取向到{111}<112>取向的轉(zhuǎn)變
總之，這項(xiàng)研究為大面積單晶金屬的普適性制備提供了新的借鑒，將為表面科學(xué)、催化、二維材料制備等諸多領(lǐng)域提供新的動(dòng)力。
參考文獻(xiàn)：
SunghwanJin, Hyung-Joon Shin, Rodney S. Ruoff et al. Colossal grain growth yieldssingle-crystal metal foils by contact-free annealing. Science 2018.
http://science.sciencemag.org/content/early/2018/10/17/science.aao3373?rss=1
