吕昭平团队围绕先进核能系统需求推进耐辐照金属材料研究

近期，中国科学院院士、北京科技大学校长吕昭平主持的国家自然科学基金“高性能金属材料”创新研究群体项目资助期满，并获得优异评估成绩。该项目围绕高性能金属材料基础研究和国家重大需求，推进合金设计、材料表征、智能化设计等方向的交叉融合，其中耐辐照材料是重点研究内容之一。

吕昭平(右二)和团队成员在实验室。受访者供图

在核能材料领域，先进核能系统面临高温、高剂量辐照等严苛服役环境。相关材料在长期辐照下容易产生空洞和肿胀，进而导致性能失效。传统材料主要依靠界面吸收辐照缺陷，但在高温辐照条件下，强化粒子可能发生不可逆溶解，材料稳定性难以保障。高性能耐辐照材料短板，已成为制约核能装备发展的关键问题之一。

针对这一瓶颈，吕昭平团队提出“低错配、强有序”的材料设计思路。“低错配”强调强化粒子与基体具有良好相容性，“强有序”则强调强化粒子内部原子排列稳定，能够持续发挥强化作用。与传统机制不同，这类材料中的强化粒子在辐照下可以溶入基体，辐照减弱后又能重新析出。通过这种动态“溶入—析出”过程，材料在消除辐照缺陷的同时保持强化粒子密度，从而兼顾高强度与耐辐照性能。

在高性能金属材料基础研究方面，吕昭平团队还以高熵合金为模型，探索氧元素在合金中的作用机制。团队在合金熔炼过程中引入氧元素后发现，氧原子并未形成破坏性的脆性氧化物，而是借助高熵合金中特有的化学短程有序效应，与富含锆、钛的团簇结合，形成纳米尺度的“有序氧复合体”。实验表明，该高熵合金抗拉强度提高48.5%，同时保持良好延展性，为破解金属材料强度与延展性难以兼得的难题提供了新路径。

吕昭平认为，真实服役环境往往是高温、高应力和强辐照等多因素耦合作用的复杂系统，材料研究不能只追求单一性能极限，而应面向实际应用场景，推动基础研究向应用基础研究延伸。围绕这一认识，他进一步提出“共轭材料学”思想，强调在复杂环境中统筹多性能、多机制之间的动态协同，为高性能金属材料设计提供新的研究方向。