碳納米管可使核能操作更安全

材料牛注：金屬如果在核反應堆中接觸到過量的核輻射就會變得多孔且脆，最終導致開裂和失效。麻省理工學院的研究人員發現，在鋁中加入少量碳納米管（CNT）可大大減少此類故障。

輻射反應中產生的氦存在于金屬內部，同時在材料晶界處形成微小氣泡，使材料變得千瘡百孔，脆性很大。如果在金屬中添加少量的碳納米管，雖然其體積還不足金屬體積的百分之二，但是可以形成一個一維的傳輸網絡，為氦的滲出提供了通路，使氦不再陷于金屬內部。

在實驗室暴露于輻射后，金屬內的碳納米管發生化學變化成為碳化物。但是它們仍然保持其修長的形狀，就像被困在琥珀中的昆蟲一樣, 這是相當驚人的。

一維納米結構中大的界面面積使金屬內部輻射誘導產生的點缺陷重組，并防止金屬的過早脆化。研究人員證明，這些一維結構在70 DPA（每個原子的位移）輻射損傷的情況下仍可保持原有形態。輻射照射后，對照樣品中有孔出現，但新的材料中無孔出現。此外，力學數據表明，新材料的脆性更小。納米管的加入使鋁的脆性降低到原來的10%到20%，強度提高了50％，拉伸延展性也有所增大。

鋁的測試是在實驗室的低溫反應堆中進行的。在高溫反應堆中對鋯進行的試驗為其商業用途打開了通道。從鋁的試驗中得到的結果可用于宇宙飛船中的核電池以及生產核廢料的儲存容器。這對核材料科學的發展具有重要意義。

Dudarev補充說，改性鋁在長期輻射下仍非常穩定，這表明該材料能夠進行自我恢復，并在室溫下經過強輻射后仍能部分保留其原有特性。該新材料還有另一優點，生產成本相對較低。

此類發展對于核能取代化石燃料大有幫助。

原文參考地址：Can Carbon Nanotubes Make Nuclear Energy Safer?

感謝材料人編輯部曾慶輝提供素材