[发明专利]一种薄膜结构的ZrCo基贮氚材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种薄膜结构的ZrCo基贮氚材料及制备方法，解决现有技术中ZrCo贮氚材料的贮氢容量小，抗歧化性能差的问题。本发明的薄膜结构的ZrCo基贮氚材料，由ZrCo掺杂金属元素制成，金属元素选自Ti、Hf、Ni、Fe中的一种或多种，金属元素的原子百分质量含量为0～50％。本发明的薄膜结构的ZrCo基贮氚材料的制备方法为：将合金靶、或/和单质靶装在磁控溅射仪上，控制样品台加热温度为100～950℃，靶基距为5～14cm，极限真空为1×10^‑6～1×10^‑4Pa，惰性气氛下溅射，得到薄膜结构的ZrCo基贮氚材料；将ZrCo基贮氚材料进行退火处理。本发明设计科学，操作简单。

技术领域

本发明属于氢及同位素储存与供给领域，具体涉及一种薄膜结构的ZrCo基贮氚材料及制备方法。

背景技术

随着化石能源的急剧减少以及环境问题的日益严重，开发出一种可再生的清洁能源已经成为人类迫在眉睫的任务。聚变能，通过燃烧氘氚等离子体可以释放出巨大的能量，但并不产生高放射性废物，已受到了人们的重点关注，如正在设计建造的国际热核实验反应堆(ITER)和正筹建的中国聚变工程实验堆(CFETR)。作为聚变能的燃料，由于氚是一种宝贵的资源且具有放射性，为了维持聚变反应堆的正常运转，氘氚气体应该被安全、快速、高效地储存、供给与回收。因此，研发出一种高效、安全的氢同位素回收、储存与供给技术对聚变能的发展具有重要意义。

由于氘和氚都是氢的同位素，因而储氢技术经常用于氘、氚的贮存与供给。通过固态金属或合金在较低温度、较低氢压下吸氢或放氢，可实现氢同位素的贮存与供给。因为氚具有放射性，相比于气态、液态的贮存方式，固态贮存在安全性、高效性以及操作简便性方面具有明显的优势。固态氢同位素贮存材料已经被关注了数十年，其中ZrCo合金由于具有低的平衡离解压、快的吸氢速率、非核、低自燃以及储氚时材料的稳定性，已经成为ITER设计中氢同位素贮存与供给的重要备选材料。

然而，在ZrCo基合金用于氢同位素处理的过程中却发现，它在多次吸放氢(H、D、T)循环后会发生歧化反应(2ZrCo+H₂→ZrH₂+ZrCo₂，2ZrCoH₃→ZrH₂+ZrCo₂+2H₂)。由于ZrH₂的分解温度(＞700℃)比ZrCo氢化物高得多，在通常情况下ZrCo₂也不会发生吸/放氢反应，因而会造成氢同位素的显著滞留，致使ZrCo合金的可逆吸/放氢容量、动力学和循环性能发生严重衰减，导致其储氢性能发生恶化。因此，需要进一步提高ZrCo贮氚材料的贮氢容量与抗歧化性能。

此外，中子辐射在基础科学研究、国防工程和工、农、医等领域都有着广泛的应用，而氚靶是中子发生器的关键部件。金属氚化物靶是加速器中最常用的，且使用最方便的一种靶子。金属氚化物薄膜是金属氚化物靶的核心部分，其薄膜质量的高低，包括成分均匀性、原子比、厚度、化学稳定性、贮氚性能等，对氚靶的性能影响极其重要。因此，获得一种优化的贮氚合金薄膜的制备工艺，实现氚靶薄膜材料的质量控制和提升，对提高氚靶的性能具有重要影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种薄膜结构的ZrCo基贮氚材料，解决现有技术中ZrCo贮氚材料的贮氢容量小，抗歧化性能差的问题。

本发明还提供了一种薄膜结构的ZrCo基贮氚材料的制备方法，解决现有技术中金属氚化物薄膜成分均匀性不好、原子比不好控制、化学稳定性差、贮氚性能差的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种薄膜结构的ZrCo基贮氚材料，由ZrCo掺杂金属元素制成，所述金属元素选自Ti、Hf、Ni、Fe中的一种或多种，所述金属元素的原子百分质量含量为0～50％。