銅電極的原子厚防腐涂層對于半導體行業(yè)的小型化至關(guān)重要。石墨烯長期以來被期望成為終極防腐材料,但其真正的防腐性能仍存在很大爭議。具體來說,強電子耦合可以限制腐蝕性分子的界面擴散,同時也可以促進表面電偶腐蝕。近日,北京大學教授、2021年“科學探索獎”前沿交叉領(lǐng)域獲獎人劉開輝與上??萍即髮W王竹君教授等合作者揭示了銅上雙層石墨烯的雙面各異摻雜機制,成功實現(xiàn)了對銅箔的超高效防腐——可在200 ℃下保護銅箔1000小時以上,達到了工信部《重點新材料首批次應用示范指導目錄》中要求的1000倍,有望拓展銅在高溫、高濕等極端環(huán)境下的應用前景。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于Nature Communications上。
如此優(yōu)異的耐腐蝕性歸因于雙層石墨烯中重要的Janus摻雜效應,其中重摻雜的底層與銅形成強烈的相互作用以限制界面擴散,而近電荷中性的頂層表現(xiàn)出惰性以減輕電偶腐蝕。
該技術(shù)有望為銅在氧化環(huán)境中的集成化應用開辟道路,可能會擴展銅在各種極端操作條件下的應用場景,也為下一代電子器件和光電器件的微型化提供了新的機遇。
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