一種多晶銅箔轉變為單晶Cu(100)的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料領域，涉及一種多晶銅箔轉化為單晶Cu(10)的方法。
【背景技術】
[0002]銅箔是由銅與其它金屬以一定比例打制而成的一層薄的、連續的金屬箔，厚度在微米范圍內。銅箔由于具有優異的導電性，抗拉強度，易粘于絕緣層，價格低廉等優點在壓板、印制線路、鋰離子二次電池、電磁屏蔽等領域具有廣泛的應用。同時，由于其具有高催化活性，高熔點，易刻蝕等特點近年來迅速發展成為新興明星材料二維原子晶體如石墨烯，氮化硼等化學氣相沉積生長的主要襯底之一。根據生產方式的不同，銅箔主要分為壓延銅箔和電解銅箔。
[0003]然而，無論哪種方式得到的銅箔，其表面都是由晶面取向不一致的微小晶疇組成的多晶銅箔。同時，在生產過程中，也會不可避免地在銅箔表面引入缺陷，這些晶界和缺陷的存在會大大降低銅箔的電導率、延伸率等性能，從而對銅箔的應用產生重大影響。其中，提高同一取向的單個晶疇的尺寸，以此制備大面積的單晶銅箔被認為是一種有效減少晶界和缺陷的方法之一。大量的研究證明表面重構，尤其氧吸附誘導重構可以實現表面取向的轉變。然而，這些僅僅局限于基礎研究。如何將大面積的多晶銅箔表面高效、簡單、廉價地轉變為單晶銅箔，從而降低銅箔表面的缺陷將對銅箔的應用具有重大意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種多晶銅箔的表面轉變為單晶Cu(10)的制備方法。
[0005]本發明提供的制備大面積Cu(10)單晶的方法，包括如下步驟:
[0006]I)在不通入任何氣體的條件下，對銅基底進行退火處理；
[0007]其中，所述銅基底具有至少兩個相對的表面，且兩表面之間的間距不超過50μπι;
[0008]2)在還原性氣氛中，對步驟I)所得銅基底進行還原處理，降溫，即在所述銅基底相對的表面上得到所述Cu(10)單晶。
[0009]上述方法中，所述銅基底可采用各種處理方式制得。如所述銅基底通過如下(I)或
(2)或(3)方法制備得到:
[0010](I)將銅基底原材料堆垛形成所述銅基底；
[0011](2)將銅基底原材料卷積成卷；
[0012](3)將銅基底原材料進行若干次對折。
[0013]具體的，所述銅基底原材料為銅箔;所述銅箔的純度具體可不低于99%，更具體可為98% ；
[0014]所述銅基底原材料的厚度為20μπι-100μπι，具體為25μπι ；
[0015]所述若干次對折中，對折的次數至少為一次，具體可為一次、五次或六次。
[0016]兩表面之間的間距可以相等或不等，只要保持不超過50μπι即可;優選的，所述兩表面之間的間距為10-20μηι或15μηι。
[0017]所述步驟I)退火處理中，體系的壓強為0.5_2Pa，具體可為IPa;
[0018]由室溫升至退火溫度的時間為20-35min，具體為30min；
[0019]退火的溫度為980-1040°C，具體可為1020°C ；
[0020]退火的時間為30-100111；[11，具體可為601]1；[11。
[0021 ]所述步驟2)還原處理中，還原性氣氛為氫氣氣氛；
[0022]還原性氣體的流量為50sccm-500sccm，具體可為200sccm;
[0023]所述還原的溫度為980-1040°C，具體可為1020°C ；
[0024]還原的時間為5min_15min，具體可為1min;
[0025]壓強為50_500Pa，具體為 250Pa。
[0026]所述步驟2)降溫步驟中，降溫的方式為自然降溫；
[0027]降溫的終溫為室溫。
[0028]所述方法還包括如下步驟:在所述步驟I)之前，對所述銅基底進行拋光和清洗。
[0029]所述拋光步驟中，拋光液為由體積比為3-4:1的磷酸和乙二醇組成的混合液；其中，所述磷酸的質量百分濃度為98% ；拋光電壓為1.5-2.5V，具體可為2.0V；拋光的時間為20-40min，具體可為30min;拋光的目的是降低銅基底表面的粗糙度；
[0030]所述清洗步驟中，清洗劑為水。
[0031]本發明通過對如銅箔等銅基底堆垛方式進行調節，可以在其表面快速而方便地得到單晶Cu(10)，無需較長的制備時間，也無需復雜而昂貴的工藝。經測量，單晶Cu(10)的轉變面積取決于多晶銅基底的面積，轉化率為100%。該方法可以簡單、廉價地制備大面積的單晶Cu(10)，具有重要的應用價值。
【附圖說明】
[0032]圖1為多晶銅箔表面轉變為單晶Cu(10)的裝置示意圖；
[0033]圖2為實施例1中轉變為Cu(10)的表面不同位置的背散射電子衍射圖樣；
[0034](a)銅箔的實物照片。(b)-(g)為在圖(a)不同位置的背散射電子衍射圖樣；(h)為背散射電子衍射圖樣的基準尺；
[0035]圖3為實施例1中轉變為Cu(10)的表面不同位置的低能電子衍射圖樣。(a)銅箔的實物照片，(b)為從圖(a)的同一方向剪取的三塊銅箔放到4.5*4.5mm的低能電子衍射樣品架的實物照片，(c)-(e)為在圖(a)不同位置的低能衍射圖樣；
[0036]圖4為圖3的低能電子衍射角度統計圖。
[0037]圖5為實施例2中一卷銅箔的實物照片和低能電子衍射圖樣照片。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑獲得。
[0039]下述實施例中所采用的多晶銅箔表面轉化為單晶Cu(10)的過程轉移示意圖如圖1所示，其中步驟A將兩層銅箔整齊堆疊起來，步驟B為在低壓不通入任何氣體條件下對銅箔表面進行氧化重構，步驟C通入氫氣將其表面還原。圖1中的編號I是處理前的多晶銅箔基底，編號2為石英管管壁，編號3為體系中氫氣或者氧氣，編號4為處理后得到的Cu(10)表面。
[0040]實施例1、堆垛兩個分立的銅箔來簡單快速地將多晶銅箔表面轉化為Cu(10)單晶
[0041]I)使用質量百分濃度為98%的磷酸與乙二醇按配比3: l(v/v)組成的拋光液對銅箔表面進行電化學拋光處理和去離子水依次清洗拋光后的銅箔(Alfa.Aesar公司生產，純度98%，厚度25μπι)，將此銅箔剪成大小相同兩塊并整齊堆垛起來，用游標卡尺測得兩銅箔之間的間距相等，為15μπι;
[0042]經過如上處理的兩銅箔構成銅基底；
[0043]2)將此堆垛的銅箔置于帶有磁力控制裝置的套管中，再將套管置于管式爐中，利用真空栗將體系的壓強抽至IPa左右，并用氫氣、氬氣清洗