低缺陷石墨烯的制备及其强流质子束下损伤效应研究

发布时间：2024-05-19 10:27

　　氚是极其重要的战略资源和未来聚变堆的燃料,然而,氚也是反应堆废水中极难处理的放射性废物,福岛核事故中仍有100万吨低浓度含氚废水亟待处置。氢的三种同位素氕、氘、氚的分离是保证氚供给和含氚废水处理的关键,如何设计与制备新型材料以提高氢同位素分离效率是当前面临的挑战之一。过往的分离技术具有能耗高、附属设备多、分离系数低等缺点。最新的研究表明,低缺陷石墨烯具有亚原子选择性,可高效分离水中的氢同位素;同时理论研究证实,微孔石墨烯亦可通过量子筛分效应实现对不同尺寸分子的筛分,在低温下可高效分离氢同位素气体。本论文将集中阐述新型低缺陷石墨烯与微孔石墨烯材料的制备方法,可分别适用于水中及气体氢同位素分离。首先阐明了液相剥离法中无机盐阴阳离子共插层机制,发展出一种无表面活性剂且无需超声辅助的新型液相剥离方法,简化了低缺陷石墨烯的制备流程,避免了残留表面活性剂对后续石墨烯器件的影响;然后利用可以产生质子束、氘束和中子的强流氘氚中子源科学装置HINEG,以低缺陷单层石墨烯为辐照对象,通过研制的质子辐照靶盘,得到了微孔石墨烯材料,研究了 mA级强流质子束对石墨烯的损伤效应。所取得的主要研究结果总结如下:(1...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１氘－氣（Ｄ－Ｔ）聚变反应示意图??Ｆｉｇ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｄ－Ｔ?ｆｕｓｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??

束缚其发展［１］。核聚变因其清洁和高安全性等优势，成为最终解决能源问题的有??效方式之一。在Ｄ－Ｄ、Ｄ－Ｔ、Ｄ－３Ｈｅ的聚变反应中，Ｄ－Ｔ的反应截面最大约为Ｄ－??Ｄ反应的１００倍（Ｄ－Ｔ聚变反应如图１．１所示）。Ｄ－Ｔ聚变的反应方程式为：??？Ｄ?＋?｜Ｔ?＾?｜Ｈｅ（３．５Ｍ....

图１．２氢同位素原子示意图??

性废物（主要是废水）的积累，高效的氢同位素分离手段则是变废为宝的关键。??不管是资源方面还是环境方面来说，氕、氘、氣分离的意义都十分重要［ｉｅ］。??由于同位素之间的电子构型完全一致（图１．２），化学性质非常相似，所以其分离??不是一件容易的事［１１］。不过，氕、氘、氚的质量数有....

图１．３?ＩＴＥＲ中的低温精馏系统［１６］??Ｆｉｇ．１．３?Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎ?ＩＴＥＲ??

而且分离过程中需要耗用大量的载气导致运行费用高，从而限制了它??的应用。??置换色谱（图１．４）分离的依据是金属氢化物（主要是钯或载钯材料）的同??位素效应，即氢同位素在色谱柱的填充材料上发生化学吸附，而通常情况下，吸??附的组分需要在较高的温度下才能脱附。此方法不需要载气，具有....

图１．５单层石墨烯二维结构示意图??．．－ｒｒａｅｎｅ??

?ｊ?（Ｎｏ．?１?ｃｏｌｕｍｎ）??Ｉ?ｆ?Ｕ?Ｌｉ??图１．４热置换色谱分离装置示意图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｏｒ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ??ｈ....

本文编号：3977981