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核安全所研制出新型石墨烯/陶瓷複合阻氚塗層
2020-06-28 | 【  【關閉】

近日,中國科學院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所·凤麟团队研制出新型石墨烯/陶瓷複合阻氚塗層。該複合塗層同時提高了阻氚性能與韌性,解決了單一陶瓷塗層普遍存在的斷裂韌性低、易開裂與脫落等瓶頸性問題。 

氚作爲聚變堆的主要燃料,在聚變堆運行過程中易從結構材料中滲透、泄漏,嚴重威脅聚變堆氚自持性與安全。由于氚在陶瓷材料中滲透能力比在金屬材料中低若幹數量級,在金屬結構材料表面制備陶瓷阻氚塗層是目前解決氚滲透問題的主要手段。然而單一的陶瓷塗層普遍存在斷裂韌性低、易開裂與脫落等瓶頸問題,嚴重影響了塗層在聚變堆中的阻氚效果與使用壽命。

爲解決上述問題,研究團隊基于仿生骨骼纖維結構增韌原理,將石墨烯複合在Al2O3陶瓷塗層中,通過石墨烯改變塗層裂紋擴展路徑,達到阻礙裂紋擴展和增強塗層韌性的功效。同時石墨烯自身作爲高效阻隔材料,亦可提高複合塗層阻氚性能。研究結果表明,石墨烯含量爲0.5wt%的石墨烯/Al2O3複合塗層相較于純Al2O3塗層,其韌性提高40%,相同溫度下對氘的阻滯能力提高9倍(氘为氚的同位素)。此外,該複合塗層较低的热处理温度(650℃)可最大程度減少對基底材料的影響。此項研究爲複雜部件內壁高性能、長壽命阻氚塗層的研發提供了重要參考,成果發表于聚變領域知名國際期刊Fusion Engineering and Design

 

 Al2O3塗層與石墨烯/Al2O3複合塗層(a)硬度、(b)斷裂韌性、(c)阻氘因子

 

文章鏈接:

http://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0920379620302374


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