科研动态|我院科研人员在非晶陶瓷抗辐照性能研究方面取得新进展
2022-11-09 17:13:44

辐照结构损伤是材料在核反应堆环境下面临的重大难题。对于晶体材料来说,辐照会导致晶体结构完整性破坏,发生非晶化,进而引发肿胀及材料性能下降。被激发原子的随机迁移性与晶体结构有序性之间的矛盾,是制约晶态材料耐辐照性能的主要原因。而非晶材料原子排列长程无序,由辐照引起的原子排列的混乱变化极易湮没在本身的无序结构中,非晶材料有可能是一种潜在的抗辐照材料。

近日,西安交通大学科研人员以自制的具有高抗结晶温度(>1200℃)的非晶SiOC前驱体陶瓷为研究对象,开展快速重离子(1.47 GeV197Au)辐照实验,结合中子散射技术和高温氧化量热技术,首次报道了非晶SiOC陶瓷在高能离子辐照条件下非晶结构和热力学稳定性的变化。辐照后,非晶Si-O-C网络结构中的含Si四面体单元的交联度略微降低,自由碳被破坏,材料的热力学稳定性有所下降,但其结构仍然维持非晶。非晶结构在湮灭辐照缺陷、避免气泡形成等方面的作用可能大于其本身交联度下降的影响。该工作从微观结构和热力学能量的角度,揭示了高能离子辐照下非晶陶瓷的辐照结构损伤及热力学稳定性变化,为评估非晶SiOC陶瓷作为抗辐照材料的可靠性提供了依据。

图1 高能离子辐照前后非晶SiOC陶瓷结构短程、中程有序结构的变化,(A)径向分布函数,(B)结构函数

图2高能快重离子辐照后非晶SiOC陶瓷结构及能量变化示意图

相关成果以《快重离子辐照下非晶SiOC陶瓷的结构和热力学演变》“Structural and thermodynamic evolution of an amorphous SiOC ceramic after swift heavy ion irradiation”为题在线发表在材料领域权威期刊《材料学报》(Acta Materialia)。西安交通大学牛敏副教授为第一作者,西安交通大学王红洁教授为第一通讯作者,亚利桑那州立大学K. Jayanthi博士和西安交通大学高宏飞博士为共同第一作者,田纳西大学Maik Lang教授和亚利桑那州立大学Alexandra Navrotsky院士为共同通讯作者。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金11905166的支持。近年来,西安交通大学王红洁教授团队在非晶陶瓷抗辐照性能研究方面取得一系列进展,相关成果在ACS Appl. Mater. Inter.、J Nucl. Mater.J Europ. Ceram. Soc.等国际期刊上发表。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118475

编辑:吴国娇