引言
裂变存在着核安全和核废料放射性污染等问题，而聚变是一种比较理想的清洁能源，可以释放大量能量，具有热公害小、运行安全、产物无污染等优势。然而聚变堆材料在聚变反应中会受到高温、热机械应力、强中子辐照等因素的作用，因此堆用结构材料要有较强的抗高温氧化性、抗热冲击性和抗辐射性等，同时也要选择使用或开发低活性材料，以保证服役后具有低放性。由于聚变堆中燃料氚在金属结构材料中具有很强的穿透性，会发生化学吸附、脱附与扩散，对材料造成破坏（如氢脆），氚还具有放射性，泄露后会污染环境。因此，从辐射安全、环境保护和节约核燃料的角度出发，需要选择渗透率低的材料，以减少氚泄漏、优化氚平衡及降低容器的氢脆。
近几十年来，为了将氚渗透降低到可接受的水平，人们研究了针对氚在聚变堆结构材料中渗透的阻氚涂层。目前阻氚涂层的首选是陶瓷及其复合材料，陶瓷材料对氢同位素（氘、氚）的溶解度极低，还能减轻磁流体力学（MHD）效应，也可以减少液态金属增殖剂引起的腐蚀。随着研究的不断深入，陶瓷阻氚涂层已由早期的硅化物、钛基等陶瓷材料，发展到目前以氧化物及其复合物为主的陶瓷阻氚材料。
1、Y2O3阻氚涂层
Y2O3具有高熔点、高化学稳定性、低活化和高阻氢同位素渗透性等优点，被认为是TPB的候选材料之一。Chikada等采用金属有机分解法（MOD）制备Y2O3涂层，~℃时，其PRF值可达。另有研究发现Y2O3涂层退火后，能够有效地抑制氘渗透，其渗透率比L不锈钢低约3个数量级（如图1所示）。但不同退火工艺对Y2O3涂层的阻氚性能影响较大，如Y2O3涂层在H2还原性气氛中退火，会在膜基界面处生成一层FeCr2O4，易使膜基界面开裂，导致PRF值降低；而在Ar保护性气氛下退火后，涂层均匀、致密，其PRF值相对较高。由于在聚变堆中存在着中子等辐射，因此有研究采用铁离子辐照Y2O3涂层，观察位移损伤和电离辐射对陶瓷材料中氘滞留的影响，结果表明，辐照损伤会加速晶体成核，导致渗透通量降低，而且离子辐照会诱发Y2O3涂层晶粒长大。
2、Er2O3阻氚涂层
Er2O3涂层与液态Pb-17Li具有相容性，对氢同位素渗透能起到抑制作用，也是TPB材料候选材料之一，已有实验结果表明，含Er2O3涂层的氢同位素渗透率比F82H钢基体低2—3个数量级。日本静冈大学Chikada教授课题组对影响Er2O3涂层阻氢渗透的因素进行了较广泛的研究，Er2O3通常为立方相，在离子辐照或高压条件下能形成罕见的单斜相，因此Chikada等利用离子辐照得到单斜相Er2O3涂层，实验数据得到的结果与用立方相Er2O3涂层研究的晶界扩散模型吻合良好，Chikada等认为控制涂层渗透行为的关键因素是晶粒组织，并非晶体相结构。这一发现将有助于阐明普通陶瓷涂层的氚渗透机理。
为了更好地了解氚在Er2O3材料中的行为，Sato等人运用了核反应（NRA）和纳米二次离子质谱法（SIMS）研究了Er2O3涂层中氘的分布，发现氘主要分布在晶界。Mao等利用离子束溅射沉积（IBSD）在Si()衬底上制备出了孔隙率低、表面光滑的准单晶Er2O3()涂层材料，通过NRA测试评估后（氢渗透行为示意图如图2所示），在K下H2中退火，氢的渗透率为(3.81.5)×mol/(Pa1/2ms)，比Er2O3块体的理想渗透值（~mol/(Pa1/2ms)）高近5个数量级，可能是由于Er2O3涂层中仍然存在少量气孔等缺陷，增加了H的渗透性，但该准晶Er2O3涂氢渗透率比电弧等离子辅助沉积制备的Er2O3涂层（~mol/(Pa1/2ms)）低很多。
由此可见，影响Er2O3阻氚渗透的因素除了制备工艺和模拟服役环境外，涂层本身晶粒结构、晶界也对阻氚渗透性有影响。Er2O3涂层的热力学稳定性高，能明显阻止氢渗透，制备方式容易，但与其他氧化物陶瓷类似，Er2O3与基体也存在热失配问题，研究也一直致力于解决这一问题。
3、Al2O3阻氚涂层
在氧化物陶瓷涂层材料中，Al2O3涂层的阻氚渗透因子PRF值远大于其他材料，是目前阻氚性能最好的涂层材料，同时也具有高耐腐蚀性和热稳定性，一直被作为一种很有前途的阻氚涂层而受到广泛