界面類型對多層膜材料耐輻照損傷能力的影響及其機制

基本介紹

• 中文名：界面類型對多層膜材料耐輻照損傷能力的影響及其機制
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：付恩剛
• 項目類別：面上項目

項目摘要

在先進核能系統高溫、高壓、強腐蝕以及強中子輻照等諸多苛刻極端的環境中，核材料長期服役所引起的材料失效是關乎核安全的頭等大事。儘管設計和發展具有高耐輻照性能的核材料取得了許多進步，但是還遠達不到先進核能系統的要求。本項目以最有前景的高耐輻照性能材料之一的多層膜材料作為研究對象，開展界面類型對多層膜材料的抗輻照損傷能力的影響及其機理的研究。通過實驗與理論模擬相結合的手段，研究界面類型在不同輻照條鞏櫃件（溫度、粒子、能量、劑量、速率以及雙束輻照等）下,其微觀結構和性質的變化以及界面類型對消除輻照損傷的影響，分析其演化規律，從而從本質上理解和掌握界面類型對輻照損傷的消除作用的物理機制，揭開界面吸引並湮滅缺陷的真正原因以及如何通過調整界面類型來提高材料的耐輻照性能，為從原子尺度上設計和發展具有高耐輻照性能的界面結構材料以及為我國將來先進核能系統中核材料的開發、設計和選取提供必要的實驗基礎和理論依據。

結題摘要

我國急需發展在極端條件包括高溫高壓高輻照下套用於核反應堆的高耐輻照材料。本項目致力於研究單晶界面類型在不同輻照條件（包括輻照溫度、輻照粒子、輻照能量、輻照劑量等）下其微觀結構和性質的變化以及界面類型對消除輻照的影響，為從原子尺度上為設計發展具有高耐輻照性能的界面結構的材料以及榆求膠為新型核材料篩選提供實驗基礎和理論依據。本項目製備了具有單晶結構的不同薄膜材料和具有納米結構的多層膜材料等新型抗輻照核結構材料，並利用離子輻照，對材料的抗輻照損傷性能進行了評價。項目研究獲得了如下的研究成果： 第一，製備並對比研究了Nb/MgO, Fe/MgO、V/MgO和Nb/Al2O3界面的微觀結構，主要通過實驗測得界面取向關係、界面原子結構、失配位錯性質、失配位民芝員錯密度、失配配位錯網路以及模擬計算界面戒全乘處電子密度分布、兩種材料界面處的分離功等； 第二，在院姜采第一部分研究的基礎上，選取Nb/MgO界面為例，研究了同一界面在不同輻照條件下該界面與輻照引起缺陷的相互作用機制以及界面微觀結構隨輻照劑量變化的演化規律。研究表明，界面失配位錯密度受輻照劑量的影響，界面處的應力梯度增強界面捕獲輻照引入的He離子能力； 第三，利用原位輻照實驗技術，研究了不同輻照條件下Fe/MgO界面微觀結構的演化以及界面捕獲和湮滅輻照引起缺陷的機制。研究結果表明，半共格界面處的失配位錯對於捕獲和湮滅重離子輻照引入的缺陷具有重要作用。界面湮滅輻照產生缺陷的能力，同時受界面失配位錯的性質和密度影響。 第四，在完成項目計畫內容的同時，對比研究了輻照前後金屬納米多層膜的電學性能來研究界面增如何強材料耐輻照性能。通過臘故狼達實驗測量與理論計算，得到了輻照前後不同調製周期的金屬納米多層膜的電阻率變化規律，並理解和掌握了輻照對電阻率影響的物理機制。 項目執行期間以第一和通訊作者身份，在本領域國際一流學術期刊Acta Materialia, Scientific Reports, Applied Surface Science, Script Materialia等上發表於項目直接相關的SCI論文7篇，國際國內會議邀請報告4個，培養碩士生一名，正在培養博戀習榆煮士和碩士研究生6名。