兼顾良好导热性能和抗辐照性能的钨/石墨烯多层膜结构材料的制备及其机理研究

In recent years, structural materials designed for containing a series of nanoscale-interfaces have attracted great attention in radiation tolerance. Nanolayer interfaces could act as sinks to promote recombination of point defects rather than form aggregates. However, the design of multilayer nanostructure would inevitably seriously degrade its thermal transport performance. How to design a suitable structural materials both efficiently transferring heat to coolant and physically maintaining radiation tolerance still remains challenging. Tungsten-graphene multilayer composites are fabricated using a stacking method. We demonstrate that thermal resistance induced by the graphene layer is moderate. Subsequently, we use an ion implanter to verify radiation tolerance. We want to design a promising structural material with both excellent thermal properties and significant radiation tolerance, which has great potential for radiation tolerance materials.

结构材料长期工作在高温、高压和高能粒子辐照的环境中，因此设计一种先进的抗辐照材料，能够有效地控制He泡等缺陷的产生和扩散，同时兼顾高抗辐照硬化和高热传导能力，是目前抗辐照材料等研究领域的研究热点问题。申请人通过前期研究证明了钨/石墨烯多层结构具有优异的导热性能和抗辐照能力。在本项目中，将围绕钨/石墨烯多层结构的抗辐照应用中的一些科学问题与材料制备测试问题展开研究，深入研究声子在钨/石墨烯界面的传输机制，钨/石墨烯多层膜的热传输机制以及辐照产生缺陷后对声子的散射机制，以及辐照前后钨/石墨烯多层膜的力学性能表征，并结合分子动力学模拟深入研究在纳米金属钨中嵌入石墨烯层后对其力学性质的影响及其物理机制。为先进抗辐照材料领域的应用提供研究基础和科学依据。

核能不仅仅具有高效、清洁、低碳的优点，而且在优化能源消费结构中发挥着举足轻重的作用，对于我们日益发展和繁荣的社会而言，也是一个理性、现实、环境友好的解决办法。设计一种新型的抗辐照材料，使其不仅仅本身具有优异的力学性能、热学性能，而且在辐照后依然可以保持良好的性质，是目前面临的巨大挑战。利用单层石墨烯优异的热学性质和力学性质以及金属钨优异的抗辐照性质，设计制备了钨/单层石墨烯纳米多层膜材料，并研究了其本身的力学性质、热学性质，之后用氦离子辐照的手段评估了其力学响应、热学响应和归纳了微观结构的演化。