Новости химической науки > Керамика может самозалечиваться

Новая компьютерная модель показала эффект самозалечивания дефектов обычной керамики. Результаты исследования могут привести к разработке новых радиационно устойчивых материалов для атомных электростанций и хранения ядерных отходов.

Исследователи из Северо-западной Тихоокеанской Национальной лаборатории обнаружили, что перемещение атомов кислорода позволяет залечить повреждения, вызываемые радиацией, в керамических материалах на основе оксидов циркония, стабилизированных производными иттрия.

В оксиде циркония, стабилизированном иттрием, (сверху), меньше дефектов, вызванных воздействием радиации, они расположены на значительном расстоянии, что оказывает меньшее воздействие на материал. В оксиде циркония (снизу) дефекты кластеризуются, что может влиять на целостность материала.(Рисунок из Journal of Materials Research, 2008, 23(3), 593.).

Рам Деванатан (Ram Devanathan) и Билл Вебер (Bill Weber) смоделировали возможность керамики и других материалов противостоять действию радиации, полагая, что разработка материала, способного противостоять действию радиации в течение десятилетий требует изучения всех свойств, в том числе и возможностей самолечения.

Исследователи изучили оксид циркония, стабилизированный иттрием – это соединение содержит в структуре случайным образом организованные структурные дефекты – «вакансии». Такие дефекты организуются благодаря тому, что на иттрии локализуется меньший по значению электрический заряд, чем на цирконии. Благодаря этому цирконий отдает часть атомов кислорода, однако потеря этих атомов кислорода способствует образованию новых вакансий, которые занимаются другими атомами кислорода, благодаря чему происходит постоянный «круговорот» атомов кислорода по материалу.

Хотя самолечение не приводит к полному восстановлению материала, дефекты, вызванные воздействием радиации в такой керамике могут создать меньшее число проблем, благодаря своей делокализации. Результаты исследования показывают, что иттрий-стабилизированный оксид циркония, использующийся в настоящее время в твердых оксидных топливных ячейках и сенсорах для определения кислорода, может использоваться для ядерной энергетики.

Исследователи также смоделировали влияние радиации на циркон, керамический материал, рассматривающийся в качестве основного кандидата для иммобилизации отходов ядерной энергетики. Было обнаружено, что в цирконе дефекты кластеризуются, изменяя свойства материала. По словам Деванатана, исправлять кластеризованные дефекты сложнее, чем изолированные.

Источник: Journal of Materials Research, 2008, 23(3), 593

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #радиохимия и химия высоких энергий, #физическая химия