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《Advanced Materials》刊登肖湘衡教授最新成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2016-11-25 16:58:35 點擊次數:

近期,我院肖湘衡教授在抗輻照材料研究方面獲得重要進展,相關成果發表在國際著名權威期刊《Advanced Materials》上。此項研究設計并構筑了一種單層石墨烯與鎢納米薄膜的多層薄膜結構,該結構具有優秀的熱傳導能力和抗輻照能力,為新型抗輻照材料的研究和先進核材料的設計提供了全新的思路,具有重要的科學意義,同時有利于促進核安全應用。

論文題目為“Significant radiation tolerance and moderate reduction in thermal transport of tungsten nanofilm by inserting monolayer graphene”(《具有優秀的導熱性能和抗輻照性能的鎢/石墨烯多層結構薄膜材料的制備和研究》),第一署名單位是武漢大學,該工作是由物理科學與技術學院2015級碩士生司書堯、2013級博士生李文慶以及2016級博士趙曉龍共同完成。研究工作獲得了國家自然科學基金和中央高校基本科研業務費專項資金的支持。

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近些年,含有大量界面和晶界的雙金屬納米多層膜材料,由于其可以大幅度減少輻照引起的損傷被廣泛研究和認可,但是這種多層膜的設計使材料的熱學性能出現了斷崖式的下降,因此,面對高溫、高輻照的核反應環境,研發一種兼顧良好導熱性能和抗輻照性能的核材料成為當務之急。

肖湘衡教授與動力與機械學院岳亞楠教授聯合美國愛荷華州立大學Xinwei Wang教授,結合單層石墨烯優良的導熱性能和鎢具有較低的輻照腫脹特點,設計了鎢和石墨烯的多層薄膜結構,通過光熱測量技術測得金屬鎢與單層石墨烯之間的界面接觸熱阻在10-9~10-8Km2W-1數量級,表明在石墨烯的嵌入下,多層鎢的熱學性質沒有較大的降低,其層間匹配程度很好,不會阻礙熱量的傳導。更重要的是,該結構具有明顯的抗輻照性能。通過引入單層石墨烯,不僅可以使鎢納米薄膜順利導出熱量,而且這種結構也可以有效地減少由于核輻照引起的巨大損傷。因此,這種新型抗輻照材料,為核反應堆內結構材料的選取、改良和升級提供了一種重要的方法和思路。

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離子束既可以作為輻照的一種手段模擬核反應堆材料中的輻照損傷,也可以作為摻雜手段來改變固體表面層的性質。和其它的摻雜方法相比,這種方法的摻雜均勻性好,有利于器件以及集成電路的大規模生產。2016年,肖湘衡教授基于離子束技術在器件方面還取得了一系列進展。課題組通過離子注入技術在阻變層SiO2中引入鎢納米顆粒,從而達到調制SiO2阻變層開關特性的目的。通過熱退火、離子注入、金屬電極沉積構建金屬-介質-半導體的三明治結構,得到一種free-forming的存儲器件,開關比達到106(Applied Physics Letters 108 (2016) 153501)。課題組通過對器件介電層進行離子注入調控,有效地降低了In2O3納米線晶體管閾值電壓,并提高了閾值電壓的穩定性。該方法為調控器件閾值電壓提供了一種新的思路(Applied Physics Letters 109 (2016) 193505)。

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