马佳文 巩文斌 张 伟 许子健 王呈斌 任翠兰 怀 平 朱志远



内嵌金属的多壁碳纳米管辐射损伤研究

马佳文1,2,3巩文斌4张 伟1,3许子健1,3王呈斌1,3任翠兰1,3怀 平1,3朱志远1,3

1（中国科学院上海应用物理研究所 嘉定园区 上海 201800）2（中国科学院大学 北京 100049）3（中国科学院微观界面物理与探测重点实验室 上海 201800）4（中国科学院纳米技术与纳米仿生研究所 苏州 215123）

辐射损伤性能是制约核电池效能和使用寿命的重要因素。美国研究者Popa-Simil提出基于碳纳米管、金属复合结构材料的概念核电池，可实现核能到电能的高效转换，其设计中利用了碳纳米管的抗辐射损伤特性。本文通过建立包覆金属铜的多壁碳纳米管模型，采用分子动力学方法，对内嵌金属的多壁碳纳米管体系进行了辐射损伤的模拟研究。从配位缺陷数、溅射原子数、完美结构缺陷(Perfect structure defect, PST)原子数以及总的辐射损伤量等方面，与无内嵌金属的碳纳米管体系进行了分析对比。发现在有金属铜内嵌的情况下，溅射原子产额与无金属内嵌情况差别不大，但配位数缺陷和PST缺陷减小。表明内嵌金属起到支撑的效果，降低多壁碳纳米管在辐照下的形变，增强了其自修复能力，从而使得辐照耐受性能有所增强。

辐射损伤，碳纳米管，分子动力学，核电池

核电池又称同位素电池，是利用放射性同位素衰变放出的荷能粒子，如α、β粒子和γ射线等，将其能量转化为电能的装置，具有体积小、重量轻、寿命长的优点，应用前景广阔。20世纪50年代至今，研究人员已经发现了很多用于核电转化的技术方法，但都有一个不可避免的问题，就是材料受辐射损伤所致的核电池效能和寿命下降。……