专利摘要

本发明公开了一种抗辐照多孔纳米膜，属于先进核能材料应用领域。其具有贯通表面的纵向纳米孔道，所述纵向纳米孔道的直径大于2纳米，所述纵向纳米孔道的间距小于间隙原子和He气体的扩散距离，并且每个纵向纳米孔道上还横向生长有枝杈状纳米孔道。利用多孔纳米膜丰富孔道，可以吸收辐照所产生的间隙原子、空位、嬗变气体等缺陷，还能将气体原子释放到材料外，从而大幅度降低材料体内缺陷浓度，防止间隙原子、空位、嬗变气体的聚集形成原子团簇、空洞、气泡等，大大提高了材料的抗辐照肿胀、硬化、非晶化能力。

权利要求

1.一种抗辐照纳米多孔膜，其特征在于：具有贯通表面的纵向纳米孔道，所述纵向纳米孔道的直径大于2纳米，所述纵向纳米孔道的间距小于间隙原子和He气体的扩散距离，并且每个纵向纳米孔道上还横向生长有枝杈状纳米孔道。

2.根据权利要求1所述的抗辐照纳米膜，其特征在于，所述抗辐照多孔纳米膜，为陶瓷纳米膜或金属纳米膜。

3.根据权利要求2所述的抗辐照纳米膜，其特征在于，所述抗辐照多孔纳米膜，为CrN薄膜或V薄膜。

4.根据权利要求1或2所述的抗辐照纳米膜，其特征在于，所述纳米膜厚度为450纳米。

说明书

技术领域

本发明属于核能应用领域，具体涉及一种抗辐照纳米多孔膜。

背景技术

核能是解决当今世界日益增长的能源需求最有效的方法之一。而当前最关键的问题是寻找耐辐照，耐腐蚀，耐高温的核反应堆材料。

在核反应堆中，会发生中子嬗变，α衰变，会产生大量的缺陷。缺陷的聚集会导致材料的肿胀，硬化，非晶化，脆化，蠕变等，从而将会改变核电站部件原有的机械性质和热学性质，严重影响了它们的性能和寿命。在聚变堆设备中结构材料和面向等离子体的材料除了要忍受14 MeV的中子所带来的高的离位损伤率和He产生率，还要经受住一些苛刻的操作条件。因此，发展能有效吸收辐照所产生的缺陷和治理过量的He原子的新型材料是一件非常有意义的事情。现有的抗辐照材料能吸收辐照所产生的缺陷而不能释放缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗辐照纳米多孔膜。

本发明的抗辐照多孔纳米膜，具有贯通表面的纵向纳米孔道，所述纵向纳米孔道的直径大于2纳米，所述纵向纳米孔道的间距小于间隙原子和He气体的扩散距离，并且每个纵向纳米孔道上还横向生长有枝杈状纳米孔道。

这种抗辐照纳米孔道结构特点在于：

纵向纳米孔道与样品表面贯通，以便气体原子能扩散到材料外。

纳米孔道的直径大于2 nm，以确保一定量的间隙原子扩散到孔道表面后，孔道不被堵塞。

纳米孔道之间的间距要小于间隙原子与He气体的扩散距离，使得它们能扩散到纳米孔道表面。

本发明的抗辐照多孔纳米膜，可以是陶瓷纳米膜或金属纳米膜。比如CrN薄膜或V薄膜。

本发明的抗辐照多孔纳米膜，厚度可以为450纳米。

可以利用磁控溅射系统生成这种结构的陶瓷、金属薄膜。

本发明的纳米膜贯通到材料表面的纳米孔道不仅可以吸收辐照过程中所产生的间隙原子、空位、嬗变气体等缺陷，还能将气体原子释放到材料外，从而大幅度降低材料体内缺陷浓度，防止间隙原子、空位、嬗变气体的聚集形成原子团簇、空洞、气泡等，大大提高了材料的抗辐照肿胀、硬化、非晶化等能力。

本发明的纳米膜，作为涂层运用于需要抗辐照的环境中，能抑制间隙原子、空位、嬗变气体等缺陷团聚。该发明适用于聚变堆离子辐照环境也适用于裂变堆辐照环境，是一种优异的抗辐照肿胀、硬化、非晶化等辐照效应的纳米孔道结构。

附图说明

       图1是利用反应磁控溅射制备的纳米孔道CrN薄膜(a)和多弧离子镀膜机制备的密实的CrN薄膜(b)的透射电镜截面像，(a)中的插图是对应的平面和截面的扫描电镜图，(b)中的插图是对应的电子衍射花样。当辐照剂量为3×10¹⁷ He⁺ ions/cm²时，辐照后的纳米孔道CrN薄膜(c)和密实的CrN薄膜(d)的透射电镜截面像。(c)中的插图是虚线框标记的对应的离子射程附近区域的放大透射电镜图。(d)中的插图是对应的扫描电镜平面像。

       图2是纳米孔道结构的CrN薄膜中缺陷的吸收和气泡的释放的示意图。

       图3是辐照前后纳米孔道V薄膜的透射电镜截面像，插图是对应的电子衍射花样和局部区域放大图。

具体实施方式

       下面结合附图和两个实验实例对本发明提供的一种抗辐照纳米孔道结构进一步进行说明和实验证明。

实施例 1

以用RCA方法清洗的单晶Si（100）作为衬底，清洗掉Si表面的SiO₂氧化层以及一些杂质。用磁控溅射的方法沉积抗辐射纳米膜。沉积之前，衬底的温度为室温。沉积过程中通入纯净的Ar，N₂，流量分别固定为5 sccm，20 sccm。沉积纳米孔道CrN薄膜时靶材的功率为150 W。沉积时间达到8000 s后，形成厚度大约为450 nm均匀的纳米孔道CrN薄膜。其中反应磁控溅射的整个过程中样品台在同一平面上自转来保持长膜的均匀性。 

    对本实施例制备的样品进行分析，图1(a)是用本实例制备的纳米孔道CrN薄膜的截面透射电镜图和对应的平面和截面的扫描电镜图。从图1(a)中可以观察到我们制备的纳米孔道CrN薄膜是一种纵向贯通的纳米孔道和单个晶柱中横向贯通的纳米孔道结构。图1(b)是为了做对比，用多弧离子镀膜机制备的非常密实的CrN薄膜。根据SRIM蒙特卡洛模拟，30 keV的He离子辐照CrN剂量达到3×10¹⁷ ions/cm²时，损伤峰值和He离子浓度峰值分别为17.8 dpa和24.1 at.%。从图1(c)和(d)中可以观察到辐照的密实的CrN薄膜中出现了宽度大约为10 nm的裂缝，而辐照后的纳米多孔CrN膜只出现了尺寸为0.8 nm的气泡。同时，辐照后的纳米多孔CrN膜中的纳米孔道没有明显的宽化，说明了晶脉状的纳米孔道CrN结构的良好的物理稳定性。在纳米孔道CrN薄膜中可以通过纵向贯通的纳米孔道和单个晶柱中横向贯通的纳米孔道吸收辐照产生的缺陷，并将形成的He泡释放到材料体外（图2）。而在密实的CrN薄膜中，He与空位结合并成为He泡的成核中心，通过吸收周围的He原子和空位长大，最终会转化成有危害的大空洞并造成材料的肿胀和最终的开裂。因此，我们制备的这种特殊纳米孔道结构的CrN薄膜相比密实的CrN薄膜来说，有很好的吸收与释放气泡的控制能力，展示了其优良的抗辐照性能。

实施例 2

       在硅衬底上沉积V薄膜，溅射功率为150 W，薄膜厚度为 450 nm。用40 keV He⁺ 离子进行辐照，辐照剂量为1×10¹⁷ ions/cm²。He的峰值浓度为5 at.%，峰值位移损伤为9个dpa。从图（3）中可以看出，高剂量辐照后样品中只出现了尺寸小于1 nm的氦泡，纳米孔道的存在大大抑制了氦泡的生长，大幅度提高了材料的抗辐照能力。

一种抗辐照纳米多孔膜专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。