Superior radiation tolerance via reversible disordering–ordering transition of coherent superlattices

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作者
Jinlong Du,Suihe Jiang,Peipei Cao,Chuan Xu,Yuan Wu,Huaqiang Chen,Engang Fu,Zhaoping Lü
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:22 (4): 442-449 被引量:84
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01260-y
摘要

Materials capable of sustaining high radiation doses at a high temperature are required for next-generation fission and future fusion energy. To date, however, even the most promising structural materials cannot withstand the demanded radiation environment due to irreversible radiation-driven microstructure degradation. Here we report a counterintuitive strategy to achieve exceptionally high radiation tolerance at high temperatures by enabling reversible local disordering–ordering transition of the introduced superlattice nanoprecipitates in metallic materials. As particularly demonstrated in martensitic steel containing a high density of B2-ordered superlattices, no void swelling was detected even after ultrahigh-dose radiation damage at 400–600 °C. The reordering process of the low-misfit superlattices in highly supersaturated matrices occurs through the short-range reshuffling of radiation-induced point defects and excess solutes right after rapid, ballistic disordering. This dynamic process stabilizes the microstructure, continuously promotes in situ defect recombination and efficiently prevents the capillary-driven long-range diffusion process. The strategy can be readily applied into other materials and pave the pathway for developing materials with high radiation tolerance.
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