与单晶金属相比，多晶金属因具有非常多的晶界而表现出较差电性能和机械性能。以铜为例，与多晶铜相比，单晶铜具有很多优点：

由于没有晶界，单晶铜的导电性会更好；

由于没有晶界，单晶铜的机械性能也会更好，可以防止实际加工生产中晶界上的断裂；

单晶铜更耐腐蚀，更抗氧化；

单晶铜箔的柔韧性、硬度比多晶铜更高。

通过以上性能的对比，我们会发现如果单晶铜箔如果用于锂电负极集流体，电池各方面性能则有望得到进一步提升。铜单晶也是非常好的衬底材料，在表面科学、薄膜制备方面起到了越来越重要的作用。特别是近些年，铜上石墨烯的生长技术越发成熟，单晶铜箔对于提高石墨烯的质量具有重要作用。但是目前面临的问题是，单晶金属的价格昂贵，尺寸较小且难以获取，越来越难满足人们对大面积单晶金属的需求。

近日，韩国基础科学研究所（IBS）的Hyung-Joon Shin和Rodney S. Ruoff（石墨烯大牛）等人以商用多晶金属箔为原料，通过无触点退火（Contact-Free Annealing; CFA）的办法获得了廉价易得的单晶金属箔。无触点退火可实现接触应力最小化，从而产生优先的平面内晶体取向和平面外晶体取向。在晶格旋转过程中，伴随着相邻晶粒的消耗，使得表面能最小化，从而驱动着巨大单晶金属晶粒的生长，其面积高达32cm2。以铜为例，如果表面能是多晶金属面心立方结构（FCC）晶粒生长的主要驱动力，则由于表面能最小化，其他晶面则自发地转变为{111}面，形成大面积{111}单晶铜晶粒。采用无触点退火的办法，作者还获得了大面积Cu(111)，Ni(111)，Co(0001)，Pt(111)和Pd(111)单晶金属箔。其中Pt(111)的大面积制造，对于燃料电池的发展可能也将会起到巨大的推动作用。该成果发表在最新的一期Science上（Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing, DOI: 10.1126/science.aao3373）。

Fig. 1. A single-crystal Cu(111) foil produced by CFA.

Fig. 2. A single-crystal Pt(111) foil region produced by CFA.

Fig. 3. Texture evolution and grain growth for the large area single-crystal Cu.

Fig. 4. Transformation from the {112}<111> to the {111}<112> orientation for the single-crystal FCC foils.