融合是為太陽提供動力的過程，在地球上利用它將提供無限的清潔能源。然而，研究人員表示，建造聚變發(fā)電廠已被證明是一項艱巨的任務(wù)，這在很大程度上是因為沒有任何材料可以在聚變反應(yīng)堆堆芯中發(fā)現(xiàn)的艱苦條件下存活。現(xiàn)在，得克薩斯A&M大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種制造材料的方法，這些材料可能適用于未來的聚變反應(yīng)堆。

太陽通過將每個有一個質(zhì)子的氫原子融合成含有兩個質(zhì)子的氦原子來產(chǎn)生能量。氦氣是這種反應(yīng)的副產(chǎn)品。雖然它不會對環(huán)境造成威脅，但它會對制造聚變反應(yīng)堆所需的材料造成嚴(yán)重破壞。

“氦氣是我們通常認為無害的元素，”材料科學(xué)與工程系副教授Michael Demkowicz博士說。“它沒有毒性，也不是溫室氣體，這也是聚變能力具有吸引力的原因之一。”

但是，如果你在固體材料內(nèi)強制氦氣，它會像碳酸水中的二氧化碳氣泡一樣冒泡。

“從字面上看，你可以在金屬內(nèi)部獲得這些氦氣泡，因為金屬是固體，”Demkowicz說道。“當(dāng)你積累越來越多的氦氣時，氣泡開始連接并破壞整個材料。”

Demkowicz與新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的一組研究人員合作，研究了氦在納米復(fù)合材料固體中的表現(xiàn)，這是由厚金屬層疊層制成的材料。他們最近在“ 科學(xué)進步”雜志上發(fā)表的研究結(jié)果令人驚訝。這些材料中的氦氣不是制造氣泡，而是形成長通道，類似于活組織中的靜脈。

“我們看到的東西讓我們感到震驚，”Demkowicz說。“當(dāng)你在這些納米復(fù)合材料中放入越來越多的氦氣，而不是破壞材料時，靜脈實際上開始相互連接，從而產(chǎn)生一種血管系統(tǒng)。”

這一發(fā)現(xiàn)為使聚變能成為現(xiàn)實所需的抗氦材料鋪平了道路。Demkowicz和他的合作者認為，氦可能會穿過在他們的納米復(fù)合材料中形成的靜脈網(wǎng)絡(luò)，最終離開材料而不會造成任何進一步的損害。

Demkowicz與來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Di Chen，Nan Li，Kevin Baldwin和Yongqiang Wang以及麻省理工學(xué)院的前學(xué)生Dina Yuryev合作。該項目得到了洛斯阿拉莫斯國家實驗室的實驗室指導(dǎo)研究和發(fā)展計劃的支持。

“對核聚變反應(yīng)堆的應(yīng)用只是冰山一角，”Demkowicz說。“我認為這里的大局是血管化固體，有點像血管網(wǎng)絡(luò)的組織。還有什么可以通過這樣的網(wǎng)絡(luò)運輸?也許是熱量或電力，甚至是可以幫助材料自愈的化學(xué)物質(zhì)。”