填充方钴矿热电材料中子辐照损伤行为机制

同位素温差电池(RTG)作为空间和特殊电源具有重要的应用前景。高性能填充方钴矿热电材料有望显著提高RTG的能量转换效率，从而节省昂贵的同位素热源，是下一代RTG空间电源首选热电材料。同位素( 钚-238等)衰变产生热量的同时释放中子，使热电材料受到中子辐照损伤，对热电材料的微观组织结构和热电传输特性产生重要影响。本项目开展填充方钴矿热电材料中子辐照研究，建立热电材料中子辐照实验方法，对中子辐照填充方钴矿热电材料的微观组织结构、热电传输特性进行表征，揭示辐照通量对填充方钴矿材料微观结构、热电传输特性的影响规律；对等温时效中子辐照填充方钴矿进行研究，探索时效温度及时间对材料的微观组织结构和热电传输特性的影响，阐述服役条件下填充方钴矿中子辐照损伤行为机制，建立填充方钴矿中子辐照衰变模型，建立RTG的性能与寿命预测方法，为RTG抗辐照设计提供依据。

同位素温差电池作为空间和特殊军用电源在空间探测和国家安全方面获得了重要的应用。高性能填充方钴矿热电材料有望显著提高同位素温差电池的能量转换效率，是下一代同位素温差电池首先的热电材料。同位素（钚-238）热源产生衰变热的同时释放中子，使填充方钴矿材料遭受中子辐照损伤，对其微观组织结构和热电传输特性产生重要影响。本项目建立了热电材料快中子辐照实验方法，开展了填充方钴矿热电材料中子辐照损伤及其对填充方钴矿材料组织结构、热电传输特性影响的研究，以及等温时效对中子辐照填充方钴矿材料热电传输特性影响的研究。研究发现，在中子辐照填充方钴矿材料中检测到微量活化产物，但远低于相关标准，不需要特殊防护，表明填充方钴矿材料在同位素温差电池中应用是安全的；中子辐照没有改变填充方钴矿材料的微观组织结构及填充原子的分布；中子辐照使填充方钴矿材料的电阻率、赛贝克系数增长明显（～20％），使热扩散系数有所下降（～5％），没有恶化填充方钴矿材料的室温、高温性能；等温时效热处理可以消除中子辐照对填充方钴矿材料热电传输特性的影响， 550℃热处理可以使中子辐照填充方钴矿材料的电阻率、赛贝克系数和热扩散系数基本上回复到辐照前的水平。本项目的研究结果为高性能填充方钴矿材料在钚-238同位素温差电池中应用提供了支撑。