核材料在暴露于辐射时会面临重大挑战,包括膨胀、硬化和脆化,最终导致材料失效。
高熵合金(HEA)因其成分复杂性和晶格畸变而具有出色的强度、耐腐蚀性、耐辐射性和热稳定性,引起了人们的关注。
金属玻璃(MG)因缺乏晶体缺陷而具有抗粒子辐射的能力。然而,HEA和MG的独立应用受到诸如HEA中的缺陷聚集和极端条件下MG中塑性差等问题的限制。
研究团队采用双相界面工程技术,开发出高熵结晶/非晶(HECA)纳米层,形成双相结构,有效减轻辐射损伤。结晶HEA和非晶MG板之间的界面充当缺陷吸收器,加速缺陷消除,最大限度减少结构损伤。
分子动力学模拟表明,这些界面捕获间隙原子,同时促进空位复合,从而形成空位丰富的本体和间隙丰富的界面。界面与缺陷之间的协同作用进一步减少了辐照过程中的缺陷传播。
此外,HEA板在辐照过程中促进MG板界面处的结晶,从而提高结构稳定性。该效应与MG板中自由体积的重新分布相结合,确保最小的膨胀和优异的抗辐照性。
未来研究将致力于通过实验与模拟相结合的方式,深化对HEA纳米层压板原子级结构和优异综合性能的理解,并探索其在核能、航空航天和先进电子领域的应用。努力降低生产成本和改进界面工程将进一步提高其工业可行性。
这项突破可能为设计适合极端环境的抗辐射材料开辟新的可能性。通过结合结晶相和非结晶相的优异性能,高熵结晶和非结晶纳米层为核能和航空航天领域的高性能材料树立了新的标杆。