核聚变堆材料及其腐蚀

本文扼要介绍了核聚变堆常使用的各种材料的特性及功能,以及核聚变堆最常出现的材料腐蚀类型。     

核聚变堆包层结构材料研究进展及展望

随着人类对能源需求的增加,核聚变能的发展越来越受到人们的关注。材料问题是目前限制聚变能发展的一个重要因素。包层是实现能量转换、氚自持及辐照屏蔽的主要部件,满足包层结构材料苛刻环境要求的结构材料的开发及性能检测成为目前研究的热点。以低活化铁素体马氏体(RAFM)钢为代表的包层结构材料已发展多年,然而依据中国聚变能发展路线图,CFETR一期包层结构材料的中子辐照水平可达到约10dpa,在二期达到约50dpa,目前没有材料能满足包括抗辐照损伤在内的苛刻环境要求并能满足工程建设需求。低活化铁素体马氏体钢是目前包层结构材料的首选候选结构材料,国内外已开发了多个牌号的低活化品种并具备了丰富的材料基础数据库,然而低活化钢的工作温度区间严重受限,高温蠕变及抗辐照能力无法满足CFETR二期及未来聚变堆的要求。为解决传统RAFM钢的不足,提出了两条思路:一种是添加氧化物弥散相以有效提高高温蠕变强度,其中又以制备过程中是否涉及机械合金化可进行进一步的区分;另一种思路是基于热力学模拟计算,优化RAFM钢化学成分并进行多轮热机械处理以增加MX相密度。其中,机械合金化制作的氧化物弥散强化钢(ODS钢)的性能最佳,但受限于机械合金化法,成本高且效率低。非机械合金化ODS钢与优化的RAFM钢的性能接近机械合金化ODS钢,成本远远低于机械合金化ODS钢且制备效率高,大批量制备技术相对容易。除了铁基材料外,钒合金及碳化硅复合材料在多方面展现了优势,长期以来都是研究人员关注的热点。钒合金的热蠕变和氦脆导致温度上限低并且与氢同位素兼容性不好,碳化硅复合材料的规模化生产及连接技术仍存在困难,这些缺陷限制了钒合金与碳化硅复合材料的发展,使之在现阶段无法满足应用需求。面向更高辐照水平的示范堆及商用堆,目前已有的包层结构材料可能无法满足需求。根据目前很有限的研究数据,非晶材料及高熵合金的工程应用还非常遥远:一方面需要借助材料设计和制备的新理念、新方法不断挖掘现有材料的性能潜力,另一方面应重视具有潜在优势的复合块状非晶材料及低活化高熵合金等新型材料的研发。本文依据中国磁约束聚变材料路线图草稿,对RAFM钢、机械合金化制备的ODS钢,钒合金以及碳化硅复合材料的发展进行了综述,对最近几年兴起的改良RAFM钢、非机械合金化制备的ODS钢等新型候选结构材料进行了介绍,并对具有更佳性能的先进结构材料种类进行了展望。     

固体氚增殖剂的制备及性能综述

聚变或聚变一裂变混合堆中通常采用含锂的材料作为氚增殖剂.概述并比较了氚增殖剂的几种制备方法,就几种氚增殖剂的热学、化学、机械性能、辐照行为和氚释放等进行了综合评述,简单介绍了氚增殖剂在聚变堆中的作用和发展趋势,为我国实验包层模块(TBM)产氚包层中氚增殖剂的深入研究奠定了基础.     

核聚变用靶丸材料研究进展

激光驱动惯性约束点火是实现核聚变的最有效途径之一,靶丸的设计与制备技术一直是激光惯性约束聚变研究中的核心技术。综述了目前靶丸材料体系的研究现状,重点介绍了理论计算十分有利于点火实验的纯B4C空心微球靶丸。最后,对B4C空心微球靶丸的制备成型工艺进行了展望。     

核聚变第一壁用W-ZrC材料研究进展与展望

核聚变能是利用氢同位素氘与氚进行聚变反应而释放出的巨大能量来发电。而材料问题尤其是面向等离子体材料(PFMs)一直是核聚变能发展面临的主要挑战之一。由于PFMs直接包围高温等离子体,不但要承受高热负荷(5~20 MW/m~2稳态热流,GW/m~2级瞬态热流),而且还经受高通量的高能中子辐照、等离子体燃料粒子等的轰击等。钨(W)具有高熔点、高溅射阈值/低溅射率和高热导率等优点,而被认为是最有希望的面向等离子体第一壁的材料,目前ITER及EAST已经选用纯W作为第一壁及偏滤器材料。而对于下一代聚变堆如中国聚变工程实验堆(CFTER),其设计参数更高,PFMs服役环境比ITER及EAST更加严峻。因此纯W由于一些自身的弱点如低温脆性(DBTT~400℃)、再结晶脆化以及辐照脆化、高热负荷开裂熔化、等离子刻蚀严重等不足将无法满足未来需求。因此研究材料的辐照损伤与氢氦效应机理,揭示辐照引起材料微观结构与性能的变化以探索开发新型抗辐照W基第一壁材料变得十分迫切。近年来,国内外研究人员针对上述问题开展了系统的研究工作,研发了不同种类的W基复合材料,如W-Y_2O_3、W-La_2O_3、W-TiC及W-ZrC等,性能及工艺均取得了一定的进展。其中基于计算模拟结果发展的W-ZrC材料具有较好的综合性能,是未来聚变装置第一壁候选材料之一。本文系统介绍了W-ZrC材料研究进展,包括:钨中辐照损伤/氢氦效应机理、界面耦合强化的计算模拟结果、微结构分析测试及服役性能评估的研究,通过全面的总结分析,提出W基第一壁材料今后的主要研究方向,以及研发高性能面向未来聚变堆第一壁材料应采取的策略及措施。     

尖端材料及其制备技术的现状与发展趋势

材料,特别是尖端材料及其制备技术,已成为与信息和能源并列的支持当今产业发展的三大支柱之一。换言之,产业的革新与发展无一不与材料及其制备技术的革新和发展息息相关,材料及其制备技术的革新促进产业革新,产业发展依赖于材料的发展。材料及其制备技术的开发由研究阶段达到实用化要求,历时较长,一般需时10年左右。因此,考虑材料及其制备技术的开发时,对10年后的产业发展趋势进行预测,至关重要。当今社会已步入大力发展新型的金属材料、无机非金属材料、有机材料及其复     

锂离子电池用纤维素材料及其隔膜制备技术的研究进展

随着新能源行业的快速兴起,高性能锂离子电池成为当下的研究热点。作为锂离子电池的重要组成部分之一,隔膜不仅决定了电池的内部结构和内阻,而且对电池的容量、循环和安全性能起着至关重要的作用。纤维素材料来源丰富、环境友好,由纤维素制备的隔膜具有高孔隙率、高比表面积和高离子电导率,有希望成为传统聚烯烃隔膜的优良替代品。概括了不同种类的纤维素在锂离子电池膈膜中的应用进展,对纤维素膈膜的制备技术及其性能进行了全面的讨论和总结,最后,提出了纤维素锂离子电池隔膜领域有待解决的问题以及纤维素在隔膜领域的发展前景。     

防氚渗透涂层制备技术的研究进展

在聚变堆研究中,聚变环境中涂层材料的防氚渗透问题是聚变堆材料研究的重要课题之一.主要介绍目前常用的几种防氚渗透涂层制备技术的研究进展,并提出利用双辉技术制备梯度氧化铝涂层在316L不锈钢表面形成Al2O3和SiC复合抗氚渗透层的新技术.     

尖端材料及其制备技术的现状与发展趋势(续)

精细玻璃材料精细玻璃材料不同于传统的玻璃材料,由于它具有新的功能和可在尖端科学技术中发挥重要的作用,近年来极为引人注目并获得了长足的发展,而且有关这一学科的国际学术会议频繁召开,参与这种材料研究开发的科研和生产单位不断增多。例如,仅1989年分别在日本、美国、苏联、德国、巴西召开的有关精细玻璃材料的国际学术会议就有9次之多;仅日本参与这一学科开发的研究团体就达170多家。     

聚乙二醇模板剂制备介孔材料的研究进展

聚乙二醇作为模板剂被广泛用于介孔材料的制备。介绍了使用单一聚乙二醇模板剂合成硅基、非硅基、复合类介孔材料的研究工作,探讨了聚乙二醇与表面活性剂、非表面活性剂类物质作复合模板剂制备介孔材料的方法。综述了聚乙二醇单一模板剂及复合模板剂制备介孔材料的机理。     

我国稀土材料与绿色制备技术现状与发展趋势

稀土是制备高新材料的关键基础材料,被誉为"21世纪的战略元素"。稀土材料往往具有独特的物理化学特征,因而用途广泛,以稀土磁性、储氢、发光、催化等为代表的稀土功能材料被列为实施制造强国战略的9种关键材料之一,战略地位十分重要。我国稀土基础原材料产品产量占世界总产量的85%以上,稀土永磁材料、发光材料、储氢材料等功能材料产量占世界总产量的70%左右,是名副其实的稀土第一生产大国和应用大国,为传统产业升级改造和战略性新兴产业的发展提供了有力支撑。主要介绍了我国稀土材料制备技术现状与发展趋势,包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土催化材料、稀土储氢材料及高纯稀土材料。同时,针对备受关注的环境问题,简要介绍了我国稀土绿色制备与清洁生产技术发展现状、取得的一系列重要研究成果及发展趋势,并针对我国稀土领域发展面临的问题及挑战,提出了有利于我国稀土工业绿色健康可持续发展的对策和建议。     

透明导电氧化物薄膜材料及其制备技术研究进展

综述了透明导电氧化物(TCO)薄膜的结构、光电性能以及TCO薄膜制备技术的研究进展.ITO薄膜性能优异,是重要的平面显示器件用材料.掺铝ZnO薄膜价格低廉,是极具开发前景的ITO薄膜的替代材料.柔性衬底氧化物半导体透明导电薄膜的开发和应用将扩大TCO薄膜的应用领域.     

聚乙烯吡咯烷酮模板剂制备介孔材料的研究进展

综述了使用聚乙烯吡咯烷酮与阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂复合制备不同形态的介孔二氧化硅材料和复合介孔硅基材料的研究进展。介绍了以聚乙烯吡咯烷酮为单模板剂或复合模板剂制备球状、层状以及纤维状等非硅基介孔材料的合成方法。     

壳聚糖材料的制备及其应用研究进展

壳聚糖(CS)是具有良好生物相容性、可生物降解、无毒、抗菌等优点的天然碱性多糖,但CS材料力学性能较差、遇水易水解。氧化石墨烯(GO)具有较大的比表面积和良好的生物相容性、稳定性,能与其他材料结合制备出性能更优异的复合材料。将CS与GO进行复合,实现优势互补,可以得到兼具优异力学性能、生物活性和生物相容性的壳聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)复合材料,CS/GO复合材料可以制备成水凝胶、纳米颗粒、薄膜、多孔材料等形式,这使CS/GO复合材料在环保、食品、医用等领域具有良好的应用前景。本文综述了CS/GO复合材料在药物载体、伤口敷料、组织工程支架、污染物吸附、食品保鲜5个方面的研究现状,并对CS/GO复合材料未来研究方向进行展望。

     

惯性约束核聚变用激光玻璃的研究进展

阐述了惯性约束核聚变用激光玻璃的应用背景,着重介绍了国内外在激光玻璃材料研究开发方面的状况,主要成就及存在的问题并展望了其发展方向。     

织物用隔热涂层材料及其涂层技术的研究进展

织物用隔热涂层能够在基本不消耗资源的情况下实现织物降温或保温的功能,是一种新型功能性涂层,具有较好的应用前景。综述了国内外织物用隔热涂层的研究方法与应用进展,介绍了其涂层材料以及涂层技术的研究概况,并列举了国内外织物用隔热涂层的部分研究工作,重点对织物用隔热涂层的今后的发展进行了展望。提出了织物用隔热涂层在原材料、涂层技术、测试装置、生产设备以及功能性等方面的研究方向。     

ZnS光电材料制备技术的研究进展

ZnS作为一种性能优良的光学,电学和光电一体化材料,具有极大的应用价值,综合概述了ZnS粉末,块状材料和薄膜等各种材料的制备方法,阐述并讨论了水热合成法,均匀沉淀法,溶胶－凝胶法,化学气相沉积法,溅射法等不同方法的特点,并着重论述了ZnS粉末和薄膜,特别是在纳米粉末和纳米晶薄膜制备技术方面的研究进展。     

有机相变材料制备技术的研究进展

综述了有机相变材料在制备技术方面的研究进展.相变材料的应用范围越来越广泛,为了满足日益严格的使用要求,制备技术不断发展,在克服原有缺陷的同时,其综合性能越来越高.作为国际上相变材料研究的热点,潜热型功能热流体、定型相变蓄能材料和纳米复合储能材料正日益受到重视.