近期，福建省清潔核能系統(tǒng)燃料與材料聯(lián)合創(chuàng)新重點實驗室楊帆課題組采用易于工業(yè)化的高溫固相反應(yīng)法制備了一種新型的核用稀土基高熵陶瓷材料，即(Sm0.2Eu0.2Gd0.2Dy0.2Er0.2)2Hf2O7高熵核用陶瓷，它具有優(yōu)異的抗輻照非晶化性能和堆用高溫服役性能，因此適合應(yīng)用于核領(lǐng)域中。
核用稀土基高熵陶瓷材料合成示意圖（圖源：廈門稀土材料研究所）
受高熵合金（HEA）啟發(fā)，近年來新型高熵陶瓷引起了廣泛關(guān)注，包括高熵碳化物（HEC）、高熵氧化物（HEO）、高熵氮化物（HEN）等。高熵陶瓷材料通常是指由五種或五種以上金屬陽離子以等物質(zhì)的量或近等物質(zhì)的量組成的多組元固溶體。與傳統(tǒng)陶瓷相比，高熵陶瓷具有更好的力學性能、抗氧化性能、抗蠕變性能、耐高溫、耐沖擊和抗輻射等優(yōu)點。然而，如何最大限度的將這些優(yōu)勢應(yīng)用于不同領(lǐng)域，突破現(xiàn)有材料的局限，成為高熵陶瓷材料的主要研究內(nèi)容。
近年來，楊帆課題組聚焦功能化稀土高熵陶瓷的設(shè)計與研發(fā)工作。在熱管理高熵陶瓷，負熱膨脹超材料，抗菌抗病毒高熵陶瓷，紅外管理節(jié)能用高熵陶瓷以及核用高熵陶瓷等領(lǐng)域內(nèi)取得多項突破。
稀土元素圖片
研究表明，稀土元素具有優(yōu)異的抗輻照性，較大中子吸收截面且熱性能穩(wěn)定等優(yōu)點，是研發(fā)堆用中子吸收控制材料的優(yōu)選元素。
楊帆課題制備的稀土基高熵陶瓷材料在輻照劑量高達120dpa下晶格腫脹參數(shù)可提高3倍，表現(xiàn)出良好的抗輻照非晶化性能，而且比單組分Gd2Hf2O7的晶粒生長速率更緩慢，因而適合應(yīng)用于核材料領(lǐng)域中。
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