核用稀土基高熵陶瓷材料研发取得新突破

近期，福建省清洁核能系统燃料与材料联合创新重点实验室杨帆课题组采用易于工业化的高温固相反应法制备了一种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，它具有优异的抗辐照非晶化性能和堆用高温服役性能，因此适合应用于核领域中。

受高熵合金（HEA）启发，近年来新型高熵陶瓷引起了广泛关注，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种或五种以上金属阳离子以等物质的量或近等物质的量组成的多组元固溶体。与传统陶瓷相比，高熵陶瓷具有更好的力学性能、抗氧化性能、抗蠕变性能、耐高温、耐冲击和抗辐射等优点。然而，如何最大限度的将这些优势应用于不同领域，突破现有材料的局限，成为高熵陶瓷材料的主要研究内容。

近年来，杨帆课题组聚焦功能化稀土高熵陶瓷的设计与研发工作。在热管理高熵陶瓷，负热膨胀超材料，抗菌抗病毒高熵陶瓷，红外管理节能用高熵陶瓷以及核用高熵陶瓷等领域内取得多项突破。

研究表明，稀土元素具有优异的抗辐照性，较大中子吸收截面且热性能稳定等优点，是研发堆用中子吸收控制材料的优选元素。

杨帆课题制备的稀土基高熵陶瓷材料在辐照剂量高达120dpa下晶格肿胀参数可提高3倍，表现出良好的抗辐照非晶化性能，而且比单组分Gd2Hf2O7的晶粒生长速率更缓慢，因而适合应用于核材料领域中。

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