高熵合金由五種或更多金屬以等原子濃度混合制成。

加拿大核實(shí)驗(yàn)室（CNL）的研究人員正在研究一種名為高熵合金（HEA）的特殊材料。這種合金由多種金屬制成，旨在承受核反應(yīng)堆內(nèi)的高溫和輻射。

研究人員希望他們的材料最終能取代目前用于此類應(yīng)用的不銹鋼。

隨著世界尋求擺脫化石燃料，核能等替代能源有望成為主導(dǎo)力量。雖然核能已被證明是防止碳排放的有效系統(tǒng)，但它也伴隨著安全方面的擔(dān)憂。

核反應(yīng)堆內(nèi)部的極端反應(yīng)條件是一項(xiàng)工程挑戰(zhàn)，研究人員正尋求通過更新的技術(shù)和材料來降低風(fēng)險。

盡管不銹鋼長期以來一直是建造核反應(yīng)堆的主要材料，但研究人員現(xiàn)在正在尋找能夠承受這些極端條件的更好材料。高熵合金就是這樣一種材料。

什么是高熵合金？

與傳統(tǒng)合金由兩種金屬為主并添加少量其他金屬不同，高熵合金（HEA）由五種或更多金屬以大致相等的原子濃度混合而成。

增加的組成元素導(dǎo)致高混合熵，最終穩(wěn)定成簡單的固溶體相，通常是立方結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，從而賦予高熵合金其獨(dú)特的性能，如高強(qiáng)度、延展性和耐腐蝕性等。

先前的研究表明，高熵合金還具有抗輻射性，但其抗輻射性的形成機(jī)制尚不完全清楚。

利用光研究高熵合金

由CNL材料科學(xué)家王強(qiáng)（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用薩斯喀徹溫大學(xué)加拿大光源（CLS）的超亮同步輻射光，研究了一種由鐵、錳、鉻和鎳制成的高熵合金。

“它必須穩(wěn)定，在高溫下不會改變其微觀結(jié)構(gòu)，并且具有一定的抗輻照能力，”王強(qiáng)在新聞稿中解釋選擇這種材料的原因?！斑@就是我們選擇這種材料的原因。同時也因?yàn)樗鄬θ菀字圃??！?/p>

研究人員在752華氏度（400攝氏度）和1112華氏度（600攝氏度）的溫度下，將高熵合金暴露于高能質(zhì)子束下，同時使其承受不同程度的輻射，并利用同步輻射光源的X射線來研究這些條件對高熵合金的影響。

研究團(tuán)隊(duì)觀察到，在較低溫度下，高熵合金中出現(xiàn)了一種稱為“弗蘭克位錯環(huán)”（Frank Loops）的小片狀缺陷，且其數(shù)量隨溫度升高而增加。隨著溫度升高，金屬開始分離，部分區(qū)域錳元素流失，而其他區(qū)域則富集了鐵和鎳。這讓研究人員更好地了解了高熵合金在極端條件下的行為。

雖然該高熵合金的表現(xiàn)優(yōu)于不銹鋼，但王強(qiáng)對這項(xiàng)研究的期望持謹(jǐn)慎態(tài)度?！拔覀兇_實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些優(yōu)勢和一些意想不到的現(xiàn)象，因此顯然需要更深入地研究這種材料，以充分了解其應(yīng)用潛力?！?/p>

“它在核工業(yè)中尚未通過行業(yè)認(rèn)證，因此我們尚不清楚其確切用途。這正是我們測試該材料的原因，以觀察它是否能滿足相關(guān)資格要求，”王強(qiáng)在新聞稿中總結(jié)道。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Journal of Nuclear Materials》（核材料雜志）上。

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