兼顾良好导热性能和抗辐照性能的钨/石墨烯多层膜复合材料

能源是人类赖以生存和发展的基础,并不断推动着人类社会的持续进步。进入21世纪后,现代社会飞速发展,对能源的需求和消耗大量增加,能源与环境对社会发展的制约问题也日渐凸显。核能发电作为一种新型的清洁能源,具有资源消耗小,环境影响小,供应能力超强等显著优点,越来越受到国际社会的重视,核电成为是许多国家能源战略的重要选择,是解决当前世界能源问题的有效途径之一。但是在核能利用的道路上,核安全问题是我们必须面对的问题。1946年“中子物理学之父”费米就提出“核技术的成败取决于材料在反应堆强辐照场下的行为”。

近些年,含有大量界面和晶界的双金属纳米多层膜材料,可以大幅度减少辐照引起的损伤被广泛研究和认可,但是这种多层膜的设计使材料的热学性能出现了断崖式的下降,因此,面对高温、高辐照的核反应环境,研发一种兼顾良好导热性能和抗辐照性能的新型材料成为当务之急,也是当前研究的一大热点问题。

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最近,武汉大学肖湘衡教授联合美国爱荷华州立大学Xinwei Wang教授,结合单层石墨烯优良的导热性能和钨具有较低的辐照肿胀特点,设计了钨和石墨烯的多层薄膜结构,通过光热测量技术测得金属钨与单层石墨烯之间的界面接触热阻在10-9~10-8 Km2W-1数量级,证实了这种含多层界面的结构对导热性能影响很小,不会阻碍热量的传导。更重要的是,该结构具有明显的抗辐照性能。通过引入单层石墨烯,不仅可以使钨纳米薄膜顺利导出热量,而且这种结构也可以有效地减少由于核辐照引起的巨大损伤。因此,这种新型抗辐照材料,为核反应堆内结构材料的选取、改良和升级提供了一种重要的方法和思路。

相关工作发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201604623)上。

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