综述：二维层状过渡金属二硫化物（TMDCs）材料中的缺陷：对光电性能及其应用的影响

本综述系统探讨了二维层状过渡金属二硫化物（TMDCs）中缺陷的类型、形成机制及其对材料光电特性的调控作用，重点分析了缺陷工程在提升光电器件（如太阳能电池、光电探测器）性能中的应用潜力，为高性能低维材料设计提供了重要理论依据。

　　

引言

在清洁能源需求日益增长的背景下，核能作为一种高效低碳的能源形式备受关注。核燃料包壳材料的完整性对反应堆安全性和可靠性至关重要，2011年福岛核事故暴露了传统二氧化铀-锆合金包壳体系在高温氧化场景（如冷却剂丧失事故LOCA）中的脆弱性，促使人们研发更具事故耐受性的包壳材料。FeCrAl合金因其优异的抗氧化性、低线性膨胀系数、中子吸收能力和高温机械性能，成为核燃料包壳的理想候选材料。

材料与方法

研究采用真空感应熔炼（VIM）技术制备了Fe13Cr6AlxSi（x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 wt.%）合金，以未掺杂合金为基准。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）对微观结构进行表征，并利用拉伸实验和高温氧化测试（1200°C）评估其力学性能与抗氧化性。

微观结构分析

硅掺杂显著细化了Fe13Cr6Al合金的晶粒结构。未掺杂合金铸态组织为典型混合结构（细小等轴晶与粗大柱状晶），而随硅含量增加，晶粒形态逐渐演变：0.3Si合金中出现柱状-等轴混合晶粒，0.4Si合金则完全转变为细小等轴晶，平均晶粒尺寸降至19.42 μm（800°C退火后）。硅通过抑制晶界迁移和促进异质形核实现晶粒细化。XRD分析表明所有合金均为单一体心立方（BCC）相，硅原子以固溶形式存在于基体中。

力学性能提升

硅掺杂显著增强了合金的机械强度。0.4Si合金表现出最高硬度（241.8 HV）、室温拉伸强度（628 MPa）、380°C高温拉伸强度（573 MPa）以及断后伸长率，其强化机制归因于细晶强化和固溶强化协同作用。硅原子引起的晶格畸变有效阻碍位错运动，从而提升屈服强度和抗变形能力。

高温抗氧化机制

硅掺杂有效降低了合金在1200°C高温下的氧化增重，且增重随硅含量增加呈抛物线下降趋势。氧化层中形成的SiO₂和Al₂SiO₅相显著增强保护性氧化层的致密性与稳定性，抑制氧 inward diffusion 和金属阳离子 outward diffusion。这一机制与钨掺杂高熵合金中形成的Al₂O₃-Cr₂O₃复合氧化层类似，均通过形成复合氧化物屏障提升抗氧化性能。

结论

硅掺杂通过细化晶粒、增强机械强度和优化氧化层结构，全面提升了FeCrAl合金的核工程适用性。0.4 wt.% Si掺杂合金在晶粒尺寸（19.42 μm）、室温/高温力学性能（628 MPa/573 MPa）和抗氧化性方面均表现最优，为开发高性能事故耐受型核燃料包壳材料提供了明确的理论与实践方向。