發(fā)布時(shí)間：2022-02-14 23:21

　　聚變堆被認(rèn)為是能夠解決人類清潔能源供應(yīng)的重要途徑之一。氚是聚變堆的主要燃料之一,但它能快速滲透通過大多數(shù)金屬材料,引起結(jié)構(gòu)材料氫脆/氦脆問題。另外,氚滲透泄露會(huì)造成氚燃料無法自持和對(duì)周圍環(huán)境放射性污染及人員的潛在危害。目前國(guó)際上針對(duì)氚滲透泄露問題的主要解決方案是在結(jié)構(gòu)材料表面制備以氧化鋁為代表的阻氚涂層。雖然氧化鋁對(duì)氫同位素有較強(qiáng)的阻滯能力,但是陶瓷材料的硬脆性使其在聚變堆嚴(yán)苛服役環(huán)境下（如高溫、氚滲透、復(fù)雜應(yīng)力等）易開裂脫落,嚴(yán)重影響其阻氚性能與使用壽命。最新研究表明,石墨烯致密的電子云結(jié)構(gòu)對(duì)氫同位素具有較好的阻隔作用,同時(shí)石墨烯在陶瓷材料中的摻雜亦能增強(qiáng)材料的韌性。本文以中國(guó)抗輻照鋼CLAM（China Low Activation Martensitic steel）為基底材料,在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有氧化物阻氚涂層研究工作的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制備了兼具阻氘性能和韌性的石墨烯/氧化鋁復(fù)合阻氚涂層,研究了涂層制備工藝對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響以及阻氘機(jī)制和增韌機(jī)制等。主要研究?jī)?nèi)容如下:1)利用噴涂法結(jié)合氘氣熱還原在CLAM鋼表面分別制備了氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）膜和還原氧化石... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１聚變反應(yīng)堆發(fā)電示意圖ｌ５ｌ??

?第１章緒論???滲透的速率決定過程是氫同位素從四面體位置向八面體位置的移動(dòng)速率。??邐邐??ｃ?．［￣￣￣￣??：??：：％?：??°０?１?２?３?４?５??Ｘ（Ａ）??圖１．４氫原子在Ｅｒ２０３晶胞中的擴(kuò)散ｌ？ｌ，?ａ）?Ｅｒ２０３晶胞結(jié)構(gòu)；ｂ）單個(gè)氫原子三維軌跡；??ｃ）?ＴＳ和ＯＳ表示整體Ｅｒ２０３中的四面體和八面體??界面結(jié)構(gòu)：除涂層本身的晶體結(jié)構(gòu)和厚度等對(duì)其阻氘性能產(chǎn)生影響外，多??層復(fù)合涂層中的層狀結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)涂層滲透行為產(chǎn)生影響。在緩解氧化物涂層與??鋼材基底的之間的熱膨脹效應(yīng)時(shí)，制備層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層是常用的方法＾１，??即在氧化物涂層與基底之間插入一層熱膨脹系數(shù)處于二者之間的新涂層。在研??究該類復(fù)合涂層的阻氘性能時(shí)需要考慮界面效應(yīng)的影響。??ａ?ｂｉｏ＇＂［?０?Ｃ－ＡＡ＇Ｏ．??ｗ?■■?｜?１０＂?：?；?ＪＩ＊ＬＳＳ??ｉ１０＇＾?＝?？?ｉ??ｍＭＵ１??圖１．５?Ａｌ２０３／Ｃｒ２０；（復(fù)合涂層形貌和滲透性能ｌ６９１，?ａ）ＴＥＭ圖像；ｂ）滲透率曲線??Ｈｅ等【６９】制備了相同厚度的Ａ１２０３、Ｃｒ２０３、Ａｌ２０３／Ｃｒ２０３這三種涂層，其滲??透率如圖１．５所示，Ａｈ〇３／Ｃｒ２０３復(fù)合涂層的ＰＲＦ值是三者中最大的，表明復(fù)合??結(jié)構(gòu)能顯著增強(qiáng)涂層的阻氘性能，且Ａｈ〇３／Ｃｒ２０３復(fù)合膜的ＰＲＦ比非晶態(tài)的??ＡＩ２Ｏ３和Ｃｒ２〇３單層涂層的ＰＲＦ之和更高。Ｃｈｉｋａｄａ等［４３］研究表明雙面涂層比單??８??

?第１章緒論???且ｓｐ２鍵的穩(wěn)定性可抵抗各種平面內(nèi)的變形，是其具有較高機(jī)械性能的結(jié)構(gòu)原??因ｔ％。無缺陷的單層石墨烯被認(rèn)為是一種堅(jiān)固的材料，Ｈｏｎｅ等測(cè)量的單層膜??的固有強(qiáng)度為４２?Ｒｎｒ１，等于１３０?ＧＰａ。與石墨烯工程應(yīng)用相關(guān)且最重要的機(jī)械??性能之一是其斷裂韌性，Ｚｈａｎｇ等Ｗ測(cè)定ＣＶＤ合成石墨烯的斷裂初性??為４．０±０．６ＭＰａ，斷裂應(yīng)力隨著裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的增加而減�。ㄈ鐖D１．８所示）。??所以，具有出色的縱橫比、楊氏模量、良好的軔性和平面強(qiáng)度的石墨烯被認(rèn)為??是高強(qiáng)度工程應(yīng)用中理想的、有前景的納米材料。??ａ３ｎ??ｂ??＃３＾－??＃５?Ｙ??￣?２．?產(chǎn)；??Ｓ．?ｊｆ??ｃ?ｙ?／?ｆｒａｃｔｕｒｅ??ｉ?／Ｙ??ｗＬ?——Ｊ?ＨＭＩ??０．０００?０．００１?０．００２?０．００３??Ｓｔｒａｉｎ??圖１．８石墨烯力學(xué)性能及斷裂機(jī)理Ｐｉ，?ａ）單層石墨烯拉伸應(yīng)變曲線；ｂ）模擬斷裂??與石墨煉相比，氧化石墨烯（ＧＯ，Ｇｒａｐｈｅｎｅ?Ｏｘｉｄｅ）的含氧基團(tuán)的存在會(huì)??影響電學(xué)性能，但這些基團(tuán)促進(jìn)了ＧＯ在水中和不同溶劑中的出色分散性，使??其可輕松制備石墨烯／聚合物等復(fù)合材料并可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)＾關(guān)于ＧＯ的機(jī)械??性能，Ｄｉｋｉｎ等將單獨(dú)的ＧＯ片［８１】組裝在氧化石墨烯紙上，樣品上的應(yīng)力分布均??勻，剛度高達(dá)４０?ＧＰａ，強(qiáng)度達(dá)１２０?ＭＰａ，表明ＧＯ膜同樣具有較強(qiáng)的力學(xué)性??能。??陶瓷的硬度和彈性模量?jī)?yōu)于聚合物和金屬等，但陶瓷材料由于脆性和低斷??裂初性在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中常受到限制。研究表明，通過構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的晶粒和添加??其它增強(qiáng)材料可提高陶瓷的初性，其原理是通過提供

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二維材料調(diào)控阻氫涂層研究進(jìn)展[J]. 王玫,牛棟華,胡琪,辛延波,時(shí)洪亮,黃安平.  化工學(xué)報(bào). 2017(S1)
[2]磁控濺射法制備氧化鋁/氧化鋯雙層復(fù)合涂層的氫滲透性能研究[J]. 郜健,何迪,劉曉鵬,王樹茂,蔣利軍,李帥.  稀有金屬. 2015(10)
[3]γ-Al2O3高溫相變的XRD和Raman光譜比較研究[J]. 方萍,何邁,謝云龍,羅孟飛.  光譜學(xué)與光譜分析. 2006(11)

博士論文
[1]α-Al2O3阻氚涂層材料中氫行為的理論研究[D]. 張桂凱.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]氧化鋁/氧化鋯復(fù)合涂層的制備及其氫滲透性能研究[D]. 郜健.北京有色金屬研究總院 2014



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