L'équipe de Lü Zhaoping fait progresser la recherche sur les matériaux métalliques résistants aux radiations afin de répondre aux besoins des systèmes d'énergie nucléaire avancés.

Récemment, le groupe de recherche innovant financé par la National Natural Science Foundation of China et dirigé par l'académicien de l'Académie des sciences chinoises, Lu Zhaoping, recteur de Beijing University of Technology, a achevé sa période de financement et a obtenu d'excellents résultats d'évaluation. Ce projet, axé sur la recherche fondamentale des matériaux métalliques haute performance et les besoins nationaux majeurs, promeut la convergence des domaines tels que la conception des alliages, la caractérisation des matériaux et la conception intelligente, où les matériaux résistants aux radiations sont un domaine de recherche important.

Lu Zhaoping (à droite, deuxième) et les membres de son équipe dans le laboratoire. Photo fournie par le journaliste.

Dans le domaine des matériaux nucléaires, les systèmes nucléaires avancés sont confrontés à des environnements de service sévères tels que les températures élevées et les fortes doses d'irradiation. Ces matériaux ont tendance à développer des vides et un gonflement lors d'une irradiation prolongée, ce qui entraîne une défaillance des performances. Les matériaux traditionnels absorbent principalement les défauts d'irradiation à l'interface, mais dans des conditions d'irradiation à haute température, les particules peuvent se dissoudre de manière irréversible, ce qui rend la stabilité des matériaux difficile à garantir. Le manque de matériaux résistants aux radiations haute performance est devenu un problème clé limitant le développement de l'équipement nucléaire.

Pour surmonter cet obstacle, l'équipe de Lu Zhaoping a proposé une approche de conception de matériaux "à faible désaccord et fortement ordonnée". "À faible désaccord" souligne la bonne compatibilité entre les particules d'alliage et la matrice, tandis que "fortement ordonnée" met l'accent sur la stabilité de l'arrangement atomique à l'intérieur des particules d'alliage, ce qui leur permet de continuer à exercer un effet de renforcement. Contrairement aux mécanismes traditionnels, les particules d'alliage dans ces matériaux peuvent se dissoudre dans la matrice pendant l'irradiation et se précipiter à nouveau après une réduction de l'irradiation. Grâce à ce processus dynamique de "dissolution-précipitation", le matériau élimine les défauts d'irradiation tout en maintenant la densité des particules d'alliage, ce qui permet de combiner résistance élevée et performances résistantes aux radiations.

Dans le domaine de la recherche fondamentale sur les matériaux métalliques haute performance, l'équipe de Lu Zhaoping a également utilisé les alliages à haute entropie comme modèles pour explorer le mécanisme du rôle de l'oxygène dans les alliages. L'équipe a découvert que lorsque l'oxygène est introduit dans le processus de fusion de l'alliage, les atomes d'oxygène ne forment pas d'oxydes fragiles destructeurs, mais utilisent l'effet unique d'ordre à courte portée présent dans les alliages à haute entropie pour se combiner avec des amas riches en zirconium et en titane, formant des "composites d'oxygène ordonnés" nanométriques. Les expériences ont montré que la résistance à la traction de cet alliage à haute entropie a augmenté de 48,5 %, tout en conservant une bonne ductilité, ce qui offre une nouvelle voie pour résoudre le problème difficile consistant à obtenir simultanément une résistance et une ductilité élevées dans les matériaux métalliques.

Lu Zhaoping estime que l'environnement de service réel est souvent un système complexe où de nombreux facteurs tels que la température élevée, la contrainte élevée et les fortes radiations interagissent ensemble. La recherche sur les matériaux ne doit pas seulement rechercher des limites de performances uniques, mais devrait être axée sur les scénarios d'application réels et promouvoir l'extension de la recherche fondamentale vers la recherche appliquée. Sur cette base, il a proposé un concept de "science des matériaux conjuguée", qui met l'accent sur la coordination dynamique entre plusieurs performances et plusieurs mécanismes dans des environnements complexes, afin de fournir une nouvelle direction de recherche pour la conception de matériaux métalliques haute performance.