近日，中國科學院合肥物質科學研究院核能安全技術研究所·鳳麟團隊研制出新型石墨烯/陶瓷復合阻氚涂層。該復合涂層同時提高了阻氚性能與韌性，解決了單一陶瓷涂層普遍存在的斷裂韌性低、易開裂與脫落等瓶頸性問題。
純Al2O3涂層與石墨烯/Al2O3復合涂層（a）硬度、（b）斷裂韌性、（c）阻氘因子
氚作為聚變堆的主要燃料，在聚變堆運行過程中易從結構材料中滲透、泄漏，嚴重威脅聚變堆氚自持性與安全。由于氚在陶瓷材料中滲透能力比在金屬材料中低若干數量級，在金屬結構材料表面制備陶瓷阻氚涂層是目前解決氚滲透問題的主要手段。然而單一的陶瓷涂層普遍存在斷裂韌性低、易開裂與脫落等瓶頸問題，嚴重影響了涂層在聚變堆中的阻氚效果與使用壽命。
為解決上述問題，研究團隊基于仿生骨骼纖維結構增韌原理，將石墨烯復合在Al2O3陶瓷涂層中，通過石墨烯改變涂層裂紋擴展路徑，達到阻礙裂紋擴展和增強涂層韌性的功效。同時石墨烯自身作為高效阻隔材料，亦可提高復合涂層阻氚性能。研究結果表明，石墨烯含量為0.5wt%的石墨烯/Al2O3復合涂層相較于純Al2O3涂層，其韌性提高40%，相同溫度下對氘的阻滯能力提高9倍(氘為氚的同位素)。此外，該復合涂層較低的熱處理溫度(650℃)可最大程度減少對基底材料的影響。此項研究為復雜部件內壁高性能、長壽命阻氚涂層的研發提供了重要參考，成果發表于聚變領域知名國際期刊Fusion Engineering and Design。
