近日，中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所·凤麟团队研制出新型石墨烯/陶瓷复合阻氚涂层。该复合涂层同时提高了阻氚性能与韧性，解决了单一陶瓷涂层普遍存在的断裂韧性低、易开裂与脱落等瓶颈性问题。
纯Al2O3涂层与石墨烯/Al2O3复合涂层（a）硬度、（b）断裂韧性、（c）阻氘因子
氚作为聚变堆的主要燃料，在聚变堆运行过程中易从结构材料中渗透、泄漏，严重威胁聚变堆氚自持性与安全。由于氚在陶瓷材料中渗透能力比在金属材料中低若干数量级，在金属结构材料表面制备陶瓷阻氚涂层是目前解决氚渗透问题的主要手段。然而单一的陶瓷涂层普遍存在断裂韧性低、易开裂与脱落等瓶颈问题，严重影响了涂层在聚变堆中的阻氚效果与使用寿命。
为解决上述问题，研究团队基于仿生骨骼纤维结构增韧原理，将石墨烯复合在Al2O3陶瓷涂层中，通过石墨烯改变涂层裂纹扩展路径，达到阻碍裂纹扩展和增强涂层韧性的功效。同时石墨烯自身作为高效阻隔材料，亦可提高复合涂层阻氚性能。研究结果表明，石墨烯含量为0.5wt%的石墨烯/Al2O3复合涂层相较于纯Al2O3涂层，其韧性提高40%，相同温度下对氘的阻滞能力提高9倍(氘为氚的同位素)。此外，该复合涂层较低的热处理温度(650℃)可最大程度减少对基底材料的影响。此项研究为复杂部件内壁高性能、长寿命阻氚涂层的研发提供了重要参考，成果发表于聚变领域知名国际期刊Fusion Engineering and Design。
