近日，某国际研究团队研发了一种新型纳米陶瓷材料，该材料不仅能够抗辐照，还能够使得材料在经过辐照之后变得更加坚韧。

  下一代核能系统需要在更高的温度和更强的辐照条件之下运行，其能量转化过程更加高效和经济。

  典型的核反应堆冷却剂系统采用普通的水做冷却剂，带走堆芯裂变反应产生的释热。尽管普通水对设备材料的腐蚀性较低，但是选择其作为反应堆冷却剂仍然受到温度的限制。对于先进堆而言，提升能量转化效率的一个最佳途径便是提升反应堆冷却剂系统的运行温度。

  然而，新的候选冷却剂诸如液态金属钠或铅，尽管可大幅提升运行温度，但是对核反应堆结构材料的腐蚀性却不容小觑。

  “一般而言，核反应堆堆内结构件都由特定的金属材料构成，然而这些材料大多数都不能承受先进堆内冷却剂的高温腐蚀，”威斯康星大学麦迪逊分校工程物理与材料科学与工程杰出研究教授Kumar Sridharan如是说道，“腐蚀是表面现象，如果在材料表面增加涂层，则要求涂层抗辐照，同时还不至于脆化”。

  Sridharan在与意大利理工学院（IIT）研究人员的合作下，合成了一种氧化铝纳米陶瓷涂料，该材料能够承受先进堆内高温液态金属的负面影响。这种材料可能为核反应堆系统带来巨大的好处。这项成果已经刊登在《Nature journal Scientific Reports》杂志上：“Radiation endurance in Al2O3 nanoceramics,” published Sept. 22, 2016, in the Nature journal Scientific Reports.

  大多数材料在辐照之后变硬、脆化。然而，氧化铝纳米陶瓷涂层却在辐照之后变得更加坚韧，CNST-IIT研究团队负责人Fabio Di Fonzo说道。

  “我们的核心工作是验证非晶态或陶瓷材料能够在经过辐照后提高性能，这也开启了核反应堆用材料发展的另一个方向，尤其是大家所关心的涂层材料。”他解释道。

  Sridharan 和Di Fonzo通过他们所指导的研究生Alexander Mairov 和 Francisco García Ferré有机结合了彼此在该领域所拥有的知识和经验。两位研究生均在CNST-IIT获得硕士学位，效力于Di Fonzo。随后Mairov赴UW-Madison攻读博士学位，因为共同的爱好，其与García Ferré保持了良好的沟通合作。

  Di Fonzo的实验室数年来致力于氧化铝纳米陶瓷材料的研究。与Sridharan团队合作后，采用扫描隧道电子显微镜对涂层材料进行了细致分析，团队根据其所掌握的材料特性开发出了性能更好的材料。“Di Fonzo团队对新开发的涂层材料进行辐照试验，而我们帮助他们分析辐照试验结果”，Mairov说道。“我们成功地为他们所观察到的材料机械性能变化和材料纳米尺度结构变化建立起了关联关系”。

  研究人员预计该技术能够让核反应堆更加安全和经济。

  “这改变了该研究领域的传统认识，因为目前尚未发现有材料能够在辐照中提升性能”，García Ferré说道。“有了这种新材料，我们可根据具体的辐射环境来调整的材料的机械性能特性。特别地，我们能够找到一种材料，在其寿命结束时，还能维持类似辐射前的材料机械性能。”

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