[发明专利]一种制备大面积铜Cu（111）单晶的方法

说明书

本发明公开了一种制备大面积单晶Cu(111)的方法。该方法包括如下步骤：将多晶铜箔进行若干次处理，得到所述单晶Cu(111)；每次处理均为先抛光，后退火。上述方法中，若干次至少为3次；具体为3次或4次。利用该方法所得铜箔的晶面均为(111)面，且单晶Cu(111)的面积仅仅受限于制备容器的大小，从而实现了单晶Cu的大面积制备，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种制备大面积单晶Cu(111)的方法。

背景技术

金属铜因其优良的性质被广泛应用于各个领域。铜箔作为铜的一种，是金属铜沉淀于电路板基底上得到的一层厚度为微米级的、连续的金属箔。铜箔具有低表面氧气特性、优异的抗拉强度和延展性、优良的导电性以及高催化性等特点，在电磁屏蔽及抗静电、覆铜箔层压板、印制线路板、锂离子二次电池和金属催化等领域有着广泛的应用。然而，市售的商业铜箔均为多晶铜箔，其中存在着大量的晶界，这些晶界会限制铜箔的应用。而且，多晶铜箔表面主要存在着三种晶面，即(111)、(110)和(100) 面。不同晶面有着不同的活性与性质。

单晶铜箔内所有原子均取向相同，可以极大的消除晶界的影响，从而具有更加优良的性能。例如，在实际应用中，铜箔晶界可以作为电阻产生源和信号衰减源，影响电子传输以及铜箔本征物理性质。另外，目前高质量大面积单晶石墨烯的制备依赖于高质量大面积单晶铜基底，因此，如何快速、高效、廉价的制备大面积的单晶铜箔对于推动铜箔的实际应用具有重大意义。目前，制备单晶铜主要有几类方法：1)商业化的单晶铜多为采用“高温热铸模式连续铸造法”所生产的单晶铜柱，生产单晶铜箔成本较高；2)采用单晶蓝宝石基底为模板，沉积铜薄膜，通过高温退火的方法获得单晶铜 (111)表面；3)与制备单晶硅方法类似，通过引入单晶铜晶种，使用“提拉法”制备单晶铜。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备大面积单晶Cu(111)的方法。

本发明提供的制备单晶Cu(111)的方法，包括如下步骤：将多晶铜箔进行若干次处理，得到所述单晶Cu(111)；

每次处理均包括抛光和退火。

上述方法中，若干次至少为3次；具体为3次或4次。

每次处理具体可均为抛光和退火；抛光和退火的先后顺序并不限定。也即可先抛光后退火，也可先退火后抛光。

所述抛光步骤中，任何一种可以使铜箔表面变得平整的方法，如抛光方法均适用于本发明；所述抛光方法更具体可为电化学抛光或机械抛光。

采用抛光方法如电化学抛光方法，可以消除铜箔表面部分晶界和杂质，使铜箔表面变得更加平整，降低原子横向运动的势垒，使其更加容易改变。经光学显微镜(OM) 表征发现，初次退火后，铜箔表面会变得非常粗糙，晶界较电化学抛光后更加明显。而引入抛光方法如电化学抛光方法，可以使铜箔在退火时较为平整，易于发生晶面转变。所得最终产品表面平整程度由原子力显微镜(AFM)进行表征。

更具体的，所述电化学抛光步骤中，所用抛光液可由水、磷酸、乙醇、异丙醇和尿素组成；

电压为3V-5V；

电流为2A-4A；

抛光时间为2min-5min；具体为3min。

所述抛光液中，水、磷酸、乙醇、异丙醇和尿素的用量比具体可为250mL：125 mL：125mL：25mL：4g。

所述退火具体可在惰性气体和还原性气体存在的条件下进行；

惰性气体的流量为100sccm-400sccm；具体为200sccm；

还原性气体的流量为50sccm-200sccm；具体为100sccm；