《納米晶鎢中晶界修復輻照損傷的機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由李祥艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米晶鎢中晶界修復輻照損傷的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李祥艷
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米晶鎢所呈現的抗輻照損傷性能已獲得廣泛的實驗驗證，但微觀機理還缺乏完善的理解。申請人預研工作表明晶界在輻照中起著“缺陷阱”（吸收空位、間隙）和“複合催化劑”（增強空位-間隙複合）的作用。此外，間隙原子在晶界處富集也勢必會進一步影響晶界局域結構及其與輻照缺陷（空位、間隙及其團簇）間的作用。本項目以納米晶鎢為研究對象，使用自主開發的分子動力學、靜態計算和溫度加速的動力學方法，通過對比考察材料中原有的“乾淨的晶界”和在輻照中形成的“富含間隙的晶界”附近輻照缺陷（空位、間隙及其團簇）產生數量、形態和演化動力學行為差異，空位團簇勢能面、擴散複合能壘面特徵，間隙團簇狀態和相應複合空位能力大小，探索消除活性低的空位團簇的途徑和拓展晶界與輻照缺陷相互作用範圍的過程，進而闡述這兩種晶界如何發揮其修復輻照損傷的“缺陷阱”和“複合催化劑”之角色，揭示晶界修復納米晶鎢輻照損傷的微觀機理。
結題摘要
納米晶鎢所呈現的抗輻照損傷性能已獲得廣泛的實驗驗證，但微觀機理還缺乏完善的理解。本項目以納米晶鎢為研究對象，使用自主開發的分子動力學、靜態計算和溫度加速的動力學方法，研究了鎢晶界修復輻照損傷的微觀機理。主要研究內容和結論如下：（1）模擬平台建設。隨著研究深入，發現僅僅採用溫度加速動力學方法不足以研究長時間、空間尺度下的缺陷行為。為此，我們發展了模擬算法，開發完善了模擬軟體。(2)鎢晶界初級輻照損傷基本規律。在初級碰撞原子能量低於25 keV時，輻照產生的缺陷以點缺陷及其小型團簇（含有十幾個點缺陷）為主；能量更高時，輻照產生了間隙型位錯環和大型空位團簇（含有二十幾個空位）。（3）輻照缺陷與晶界基本相互作用。研究發現晶界附近缺陷靠形成能和擴散能壘均有所降低。間隙與晶界之間有更大的結合能、更寬的作用範圍和更低的擴散能壘。晶界吸收間隙後，間隙原子與空位以較低能壘複合。（4）納米晶鎢輻照損傷自修復機理。a)間隙發射機理。提出了計算間隙發射的靜態計算方法。研究發現隨著自間隙原子在晶界/表面附近的局域激發，複合區域向鄰近區域拓展或傳播。處於改區域附近的空位以低能壘與自間隙複合。提出了“發射阻力”（勢阱深度除以勢阱半寬度）表征間隙原子從缺陷阱處發射的難易程度。b) 間隙沿晶運動與空位偏聚耦合機理。研究發現空位-自間隙對除了在塊體中複合外，還可通過優先偏聚在晶界處的自間隙原子沿晶擴散和空位的緩慢偏聚之間的耦合過程而複合。c) 間隙發射行為。 研究還發現，輻照誘導的自間隙原子團簇缺陷在靠近局域緊湊的晶界結構時被反射進晶粒內部，可與晶粒內部空位進行複合。反射增強了塊體區域自間隙與空位的複合速率。（5）鑒於鎢服役條件以及自身結構的複雜性，我們還研究了鎢表面處輻照缺陷行為。該項研究工作獲得了鐵納米鎢在不同尺度上的輻照損傷自修復圖像，對於認識與理解晶界在輻照損傷自修復過程中的作用具有重要的學術意義和工程參考價值。
