郑州大学在抗辐照材料领域取得新进展

原标题:郑州大学在抗辐射材料领域取得新进展

近日，郑州大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究组在国际顶级期刊Carbon (if = 9.594)上发表了题为《电子辐照下碳纳米管、纳米金刚石和碳纳米离子中结构稳定性的原位tem观察》的原创研究论文。刘雯老师是论文的通讯作者，林硕士生是论文的第一作者，郑州大学材料科学与工程学院是论文的第一作者单位和通讯单位。

近年来，随着纳米结构在提高抗辐射能力方面的潜力越来越大，越来越多的研究人员希望通过在现有的候选核材料中添加碳纳米材料，使新材料能够获得提高的抗辐射能力并具有优异的综合性能。研究小组利用原位透射电子显微镜(in-situ TEM)研究了几种纳米碳材料的耐电子辐照性能，如自由状态下的1D多壁碳纳米管(MWCNT)、0D纳米金刚石(nd)和纳米洋葱碳(CNO)。从形貌、固有缺陷和sp2-sp3杂化三个关键因素出发，深入探讨了纳米碳材料的辐照损伤机理。通过HRTEM研究发现，不同的碳结构在电子辐照下具有相似的缺陷类型，但表现出不同的结构稳定性。与直径为10~30 nm、长径比为200~2000的MWCNT相比，平均直径为10 nm的nd和CNO在高剂量(2.698 × 1025 e/cm2)和高电流密度(1.66 × 103 A/cm2和3.79 × 103 A/cm2)下具有更好的结构稳定性。至于固有缺陷的影响，通过对比CNO和碳纳米管的多缺陷和少缺陷，发现材料中固有缺陷的存在导致了纳米碳材料在较低剂量下结构稳定性的下降。

图1电子辐照下不同碳纳米材料的结构稳定性比较，D为(002)晶面间距

sp3结构的ND和sp2结构的CNO的进一步比较表明，在电子辐照下，sp3结构会转变为sp2结构，而sp2结构本身具有更好的稳定性。此外，缺陷的迁移方向可以通过是否存在内部空空腔来改变，这是由纳米碳结构中的辐照感生压力引起的。本研究建立了纳米碳结构材料抗辐射性能的评价标准，为辐射环境下含碳纳米结构复合材料和功能器件的开发提供了合理的结构设计和工程指导。

本工作得到了国家自然科学基金青年科学基金和国家博士后科学基金的资助。

来源:郑州大学

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