北京大学王恩哥、刘开辉，中科院松山湖材料实验室，华南师范大学，韩国基础科学研究所丁峰，南方科技大学俞大鹏等在Nature上报道了合成大面积Cu多晶的方法。合成大面积不同晶面的单晶金属膜长期以来都有重要意义，特别是在晶体外延生长，催化，电子学/热力学上。对于一种给定的金属材料，通常具有三种低指数晶面（{100}，{110}，{111}）。

与之相比，高指数晶面在理论上是无穷尽的，并且会展现丰富的表面结构和性质。但是，控制合成高指数晶面材料有非常大的挑战性，因为高指数晶面在热力学和动力学上都是不稳定的。

本文要点：

（1）

实现了构建30×20 cm²大小的Cu单晶材料，并实现了多达30余种不同指数Cu晶面。通过事先对Cu基底进行预氧化处理，实现了在还原气氛中煅烧，在其表面生长高指数晶面，并且通过这种方法有可能实现长达数米的高指数单晶表面。对Cu基底表面进行预氧化是关键性过程，氧化后的表面表面能不再是决定晶体生长的关键因素，反应的生长转而为随机过程，并且该生长过程和已生长的晶面相关（较小的晶界氧化，较大的晶界取向决定了晶体生长方向）。通过在高指数晶面上进行生长，诱导Cu晶膜的生长沿着基底或垂直于晶体的方向生长。这种生长技术同样在其他种类的金属生长（高指数Ni膜）中得以应用。得到的高指数晶面薄膜可能在催化、低阻抗导电（low-impedance electrical conduction）、散热（heat dissipation）领域中应用。

     该热处理过程具体通过：在150~650 ℃中空气氛围中将Cu膜氧化处理几个小时（在10~60 min内升温，并保持1~4 h），随后在1020 ℃中还原气氛（Ar气+50 sccm H₂）中煅烧Cu膜1 h。并随后在高指数Cu晶面上进行外延生长hBN、石墨烯的实验。通过分子动力学模拟计算方法对晶体生长进行了模拟理论分析。

参考文献

Muhong Wu, Zhibin Zhang, Xiaozhi Xu, Zhihong Zhang, Yunrui Duan, Jichen Dong, Ruixi Qiao, Sifan You, Li Wang, Jiajie Qi, Dingxin Zou, Nianze Shang, Yubo Yang, Hui Li, Lan Zhu, Junliang Sun, Haijun Yu, Peng Gao, Xuedong Bai, Ying Jiang, Zhu-Jun Wang, Feng Ding*, Dapeng Yu*, Enge Wang* & Kaihui Liu*

Seeded growth of large single-crystal copper foils with high-index facets，Nature 2020, 581, 406-410

DOI：10.1038/s41586-020-2298-5

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2298-5