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中山大学刘敏等：Mg对氦原子向SiC表面扩散的抑制效应

作者：中国工陶网　更新时间：2025-09-05 14:46　来源：中国工陶网　点击数：49

导读

碳化硅（SiC）材料具有耐高温、耐腐蚀、耐辐照、中子俘获截面小和氚渗透性低等优点，成为众多裂变堆和聚变堆概念设计中理想的候选结构材料和功能材料。然而，SiC在聚变中子辐照下会发生严重的核嬗变反应，生成高浓度的氦（He）原子和镁（Mg）原子。其中，He不溶于SiC，在高温下会迁移聚集形成氦泡，在表面富集会导致表面侵蚀甚至剥落。而Mg会影响SiC的氧化及电学性能，还将与He形成协同效应，影响He的扩散行为及氦泡的形成。

本工作通过辐照及退火实验及微结构表征发现了Mg排斥He的现象，并通过理论计算研究了Mg和空位对He在SiC中扩散行为的影响机制。

中山大学刘敏副教授为该论文的第一作者，东莞理工学院王彪教授及西安交通大学/东莞理工学院惠均博后为论文的通讯作者。

文章亮点

研究表明Mg阻止了He向SiC表面的扩散，从而导致在远离Mg的较深区域形成了氦泡，为避免氦泡造成的SiC表面损伤提供了新的思路。

第一性原理（DFT）计算表明He的扩散能量与He占据的体积负相关，而Mg可以增加He的扩散能垒。

从头算分子动力学（AIMD）模拟表明，Mg使He处于高能不稳定状态，从而导致He原子越过原子层向远离Mg的空位移动。DFT 计算和 AIMD 模拟的结果与实验结果吻合良好。

作者及研究团队简介

刘敏，中山大学副教授，长期从事碳化硅等核能材料在服役环境中的辐照损伤研究。