核用稀土基高熵陶瓷材料研發取得新突破

近期，福建省清潔核能系統燃料與材料聯合創新重點實驗室楊帆課題組采用易于工業化的高溫固相反應法製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，它具有優异的抗輻照非晶化性能和堆用高溫服役性能，因此適合應用于核領域中。

受高熵合金（HEA）啓發，近年來新型高熵陶瓷引起了廣泛關注，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的量或近等物質的量組成的多組元固溶體。與傳統陶瓷相比，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、耐衝擊和抗輻射等優點。然而，如何最大限度的將這些優勢應用于不同領域，突破現有材料的局限，成爲高熵陶瓷材料的主要研究內容。

近年來，楊帆課題組聚焦功能化稀土高熵陶瓷的設計與研發工作。在熱管理高熵陶瓷，負熱膨脹超材料，抗菌抗病毒高熵陶瓷，紅外管理節能用高熵陶瓷以及核用高熵陶瓷等領域內取得多項突破。

研究表明，稀土元素具有優异的抗輻照性，較大中子吸收截面且熱性能穩定等優點，是研發堆用中子吸收控制材料的優選元素。

楊帆課題製備的稀土基高熵陶瓷材料在輻照劑量高達120dpa下晶格腫脹參數可提高3倍，表現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，因而適合應用于核材料領域中。

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