核物理与核技术国家重点实验室在提醒MAX相资料
来源:还在网 发表于2019-07-09 17:23:52 编辑:李汶翰
摘要: 资料的抗辐照功能是影响先进裂变/聚变反应堆安全性和经济性的关键因素之一。闻名科学家费米曾预言,核技能的成败将激烈地取决于资料在反应堆中强辐

  资料的抗辐照功能是影响先进裂变/聚变反应堆安全性和经济性的关键因素之一。闻名科学家费米曾预言,核技能的成败将激烈地取决于资料在反应堆中强辐射场下的行为。最近,核物理与核技能国家重点试验室离子束物理与使用课题组和国内外协作团队使用北京大学的2*1.7MV串列静电加速器体系辐照了纳米层状金属陶瓷- Mn+1AXn相资料,并经过高分辩透射电镜和原子描摹探针等观测办法,在原子尺度上提醒了这类资料的抗辐照损害机制。该研讨作业以“”为题于2019年2月7日正式宣布在《天然·通讯》上。

  Mn+1AXn相资料因其晶胞内具有的特别周期性层状结构和元素组成,兼具有某些金属和陶瓷所特有的优异功能,例如高强度、优异的抗热震才能等金属特性,以及耐高温、抗氧化、易烧结加工等陶瓷特性。因而,Mn+1AXn相资料在极点条件下的使用得到了广泛研讨,例如用于核反应堆榜首面资料以及燃料包壳资料或涂层。但是,现在关于Mn+1AXn相资料在辐照条件下结构改变机理存在争辩,首要不合在于辐照诱导资料从初始结构六方结构转变为面心立方结构的进程是因A层原子逃逸构成的相分化为MX二元相仍是因辐照引进的缺点而构成的相变。

  这项研讨作业使用扫描透射电子显微镜(STEM)形式下的高角环形暗场像(HAADF)技能成功地直接表征出一种典型的Mn+1AXn相资料Ti3AlC2,晶胞中Ti原子和Al原子的衬度差异(图1-g),并使用环形明场像(ABF)技能直接观测到C原子在阴离子方位上的摆放办法(图1-p)。经过这两种试验办法,研讨发现在1MeV的Au+离子低剂量辐照条件下,Ti原子和Al原子经过无序化混合,以3:1的占位率一起占有阳离子方位,而C原子则均匀占有阴离子方位,然后构成了同样是六方结构的γ-(Ti3Al)C2相(图1-c)。跟着剂量添加,辐照引进的缺点(堆垛层错等)增多,资料发作相变,终究构成fcc-(Ti3Al)C2相(图1-e)。一起,XRD和榜首性原理核算等也证明了在7种不同Mn+1AXn相资猜中发作的这种由辐照引起的资猜中发作相变机制。该研讨从多个视点使用多项试验及核算办法印证了资猜中M、A阳离子及X阴离子各自的无序化进程,推翻了此前国际上争辩已久的相分化假说,关于研讨Mn+1AXn相资料的辐照损害效应及其在核能范畴的使用具有重要的效果。

  

  图1. Ti3AlC2资料辐照前后的结构及STEM HAADF/ABF像。(a-f) 原始hex-Ti3AlC2相、γ-(Ti3Al)C2相、fcc-(Ti3Al)C2相的原子结构及沿方向的原子散布。(g-o) 三种结构的STEMHAADF像、相应的衬度改变曲线及模仿图画。(p-x) 三种结构的STEMABF像、相应的衬度改变曲线及模仿图画。

  这项研讨成果是该课题组多年来针对MAX相资料展开辐照损害机理研讨的堆集和深化,其间首要试验成果源于该文榜首作者王晨旭的博士论文“MAX相金属陶瓷离子辐照致相变进程及氦泡构成机理研讨”(获2019年度北京大学优异博士论文。现在在斯坦福大学从事博士后研讨)。其博士导师、北京大学物理学院王宇钢教授和斯坦福大学Rodney C. Ewing作为一起通讯作者。这项作业得到中科院宁波资料所黄庆研讨员团队和中科院沈阳金属所王京阳研讨员团队在MAX相资料方面的鼎力支持,并取得科技部“ITER专项团队项目”和国家天然科学基金委面上项目及北京大学核物理与核技能国家重点试验室敞开课题的赞助。

  修改:山石

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