內嵌金屬的多壁碳納米管輻射損傷研究

馬佳文 鞏文斌 張 偉 許子健 王呈斌 任翠蘭 懷 平 朱志遠

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內嵌金屬的多壁碳納米管輻射損傷研究

馬佳文1,2,3鞏文斌4張 偉1,3許子健1,3王呈斌1,3任翠蘭1,3懷 平1,3朱志遠1,3

1（中國科學院上海應用物理研究所 嘉定園區 上海 201800）2（中國科學院大學 北京 100049）3（中國科學院微觀界面物理與探測重點實驗室 上海 201800）4（中國科學院納米技術與納米仿生研究所 蘇州 215123）

輻射損傷性能是制約核電池效能和使用壽命的重要因素。美國研究者Popa-Simil提出基于碳納米管、金屬復合結構材料的概念核電池，可實現核能到電能的高效轉換，其設計中利用了碳納米管的抗輻射損傷特性。本文通過建立包覆金屬銅的多壁碳納米管模型，采用分子動力學方法，對內嵌金屬的多壁碳納米管體系進行了輻射損傷的模擬研究。從配位缺陷數、濺射原子數、完美結構缺陷(Perfect structure defect, PST)原子數以及總的輻射損傷量等方面，與無內嵌金屬的碳納米管體系進行了分析對比。發現在有金屬銅內嵌的情況下，濺射原子產額與無金屬內嵌情況差別不大，但配位數缺陷和PST缺陷減小。表明內嵌金屬起到支撐的效果，降低多壁碳納米管在輻照下的形變，增強了其自修復能力，從而使得輻照耐受性能有所增強。

輻射損傷，碳納米管，分子動力學，核電池

核電池又稱同位素電池，是利用放射性同位素衰變放出的荷能粒子，如α、β粒子和γ射線等，將其能量轉化為電能的裝置，具有體積小、重量輕、壽命長的優點，應用前景廣闊。20世紀50年代至今，研究人員已經發現了很多用于核電轉化的技術方法，但都有一個不可避免的問題，就是材料受輻射損傷所致的核電池效能和壽命下降。……