1、 阿尔贡大学的科学家发现了一种新的核材料涂层方法，这可以支持减少高浓缩铀使用的努力。

2、 在运行中的核反应堆内部，环境极其恶劣，因为反应堆部件暴露在强辐射和热量以及化学反应冷却剂的共同作用下。因此，为了安全运行反应堆，科学家需要使用能够承受这些条件的材料来设计其组件。

3、 美国能源部阿贡国家实验室(DOE)的研究人员通过采用最初为半导体行业开发的技术，并将其用作涂覆核材料的方法，取得了重大发现。这项技术被称为原子层沉积(ALD)，形成了一种新方法的基础，以保护核燃料和材料不直接暴露在反应堆的不利环境中。

4、 顾名思义，原子层沉积使研究人员能够在表面沉积特定材料的原子膜。通过构建这些层，阿尔贡的科学家可以形成化学精确的涂层，这些涂层被设计成具有一系列特定的特征。

5、 阿贡的核工程师、燃料开发和鉴定团队经理阿卜杜勒拉蒂夫雅库特(Abdellatif Yacout)表示：“我们正在率先将ALD用于核应用。”由阿尔贡杰出研究员迈克尔佩林领导的阿尔贡技术专家在这些进展中发挥了作用。

6、 燃料涂层有助于尽量减少高浓缩铀。

7、 在一组实验中，阿尔贡科学家利用ALD直接沉积氮化锆(ZrN)作为低浓缩铀-钼(U-Mo)粉末的涂层。涂层足够薄，可以让中子穿透，同时保护燃料不被降解，通常防止与研究反应堆燃料系统的主要成分铝(Al)相互作用。

8、 为了研究新开发的ZrN涂层的稳定性及其与铝的相互作用，科学家在美国能源部阿贡的串联直线加速器系统(ATLAS)设施中使用重离子(模拟裂变碎片的破坏)进行了多次异位辐射研究。科学用户设施办公室

9、 核燃料涂层重新设计的具体工作支持了世界上将使用高浓缩铀(HEU)的高功率研究反应堆转化为低浓缩铀燃料的努力，从而支持将高浓缩铀的国家政策降至最低。

10、 涂层能够承受反应堆环境。

11、 另外两组涉及ALD的实验围绕包壳进行，包壳是封装核燃料反应堆内部燃料组件的结构材料。

12、 纳米层压板具有很高的抗微动磨损能力。该项目使用ALD设计能够抵抗微动磨损的覆层材料，微动磨损将导致反应堆部件的机械磨损。Yacout说：“防止微动的一种方法是在覆层表面进行涂层，以增加其硬度。”“经ALD涂层(如氧化铝[Al2O3])等处理后的涂层表面，可使表面硬度提高近100倍。

13、 耐高温氧化。本项目重点开发涂层涂料，使其在发生严重事故时能更好地承受反应堆内部的高温。该团队开发了一种独特的陶瓷复合材料，可以在低温下制造，但具有非常致密的微观结构。

14、 这种陶瓷基复合涂层的开发需要两个步骤。它涉及电泳沉积(EPD)(一种快速低温沉积方法)和ALD的结合。这样，阿尔贡大学的研究人员就可以快速地创造出既能附着在涂层表面，又能附着在涂层表面的厚陶瓷-陶瓷复合涂层。

15、 联合技术的力量

16、 阿尔贡研究员苏米特巴塔查里亚(Sumit Bhattacharya)表示，无论是EPD还是ALD本身，都不是一种可以通过沉积工艺来保护涂层的涂层。他说：“即使ALD生产无针孔、致密和粘附的涂层，沉积速度也相对较慢。沉积所需的厚度需要几天甚至几周的时间。”

17、 “同时，如果只使用三元乙丙橡胶，沉积层是高度多孔的，需要高温烧结才能变得致密并粘附在基底上。这并不理想，因为包覆材料对温度敏感，会失去所有机械性能。”

18、 使用双沉积技术的主要优点之一是它可以大大降低产生粘附涂层所需的温度。通常，为了开发致密的陶瓷复合材料，需要高温烧结步骤。然而，由于覆层是由金属制成的，典型的烧结将导致基底熔化或失去其强度。

19、 Bhattacharya解释说：“不仅不能实现烧结，而且要保护的主要衬底也会被破坏。”

20、 三元乙丙橡胶/ALD技术的结合仅在300摄氏度左右就能实现粘合涂层，远低于这类复合材料所需的常规烧结温度。

21、 与其他沉积技术(如化学气相沉积)相比，使用ALD提供了另一个基本优势。虽然化学气相沉积比ALD沉积快，但它会堵塞一些需要填充的通道。结果，它在复合材料内部留下了大孔。巴特查亚说：“只有ALD能够确保我们能够对待所有的角落。”

22、 为了测试涂层如何能够承受反应堆的辐射环境，研究人员在阿尔贡的中压电子显微镜设备(IVEM)中用不同温度的重离子轰击它。之后，样品保持完整，科学家发现纳米粉末和ALD涂层没有明显变化。

23、 阿贡在原子能技术(ALD)用于核应用方面的工作得到了许多组织的支持，包括美国能源部核能办公室和美国能源部国家核安全局。西屋公司和阿贡公司实验室指导的研发基金。