金属结构材料广泛应用于核反应堆和核废料存储,它们需要在高能粒子辐照、高温、腐蚀介质和高载荷等极端条件下服役。纳米层状金属复合材料由于其材料内部高密度的界面,能够与辐照缺陷发生丰富的相互作用,因而具有显著的抗辐照损伤性能,有望成为先进核反应堆结构应用的候选材料。然而纳米层状金属复合材料通常都依赖磁控溅射、原子层沉积、累积叠轧等低通量的制备工艺,因此有必要开发可放大的制备工艺用以生产具有纳米层状结构的金属材料块体与构件。与此同时,纳米碳材料（石墨烯和碳纳米管等）常被作为新型增强体加入到金属材料中,除了在材料力学性能、传导性能等方面发挥作用,得益于纳米碳材料的高比表面积,也可在材料中引入大量异质界面。然而,纳米碳增强金属复合材料辐照效应的研究尚处在起步阶段,大部分材料制备都需借助小尺度的工艺完成,且目前缺乏对辐照后纳米碳增强金属复合材料的拉伸性能表征,以及对其变形机理、缺陷演化、缺陷-复合界面相互作用的研究。针对以上瓶颈难题,本文选用具有纳米叠层构型的还原氧化石墨烯（Reduced graphene oxide,RGO）增强铝（Al）基复合材料作为模型材料,使用高能氦离子模拟反应堆中的辐照环境,着重对材料的力学性能、变形机理和缺陷演化进行研究。主要研究结果如下:（1）常温辐照材料的单轴拉伸与单轴压缩性能及变形方式:采用新型粉末冶金工艺制备层厚～200 nm的0.6 wt.%RGO-Al复合材料和纯Al基体,对辐照区域进行单轴拉伸和压缩测试,结果表明与纯Al基体相比,RGO-Al复合材料具有更低的辐照硬化程度（抗拉强度的增量从～300 MPa降低到～150 MPa）、相似的总延伸率和显著不同的变形方式。这是因为石墨烯层的加入起到了吸收、存储氦泡及降低基体晶体缺陷的作用。但在断裂过程中石墨烯层也容易成为裂纹萌生和扩展的路径,形成台阶状的断口形貌。（2）辐照温度对材料力学性能及变形机理的影响:分别在常温和高温（200℃）下对复合材料进行高能氦离子辐照,进而通过对压入深度的精确调控,排除了衬底效应对压痕结果的影响,获得制备态、退火态、常温辐照、高温辐照以及常温辐照后退火的复合材料的压痕硬度和模量,结果表明复合材料具有良好的热稳定性,高温辐照和常温辐照后退火样品的硬度和模量相比常温辐照有所恢复,且氦泡的尺寸和形貌也发生变化。变形后透射电镜（TEM）表征发现常温辐照复合材料基体内出现氦泡的阵列和纳米尺度变形孪晶,而高温辐照复合材料则仅是位错滑移主导的变形,且伴随着氦泡的流变。根据压痕蠕变测试得出的蠕变应力指数n和位错激活体积V*推测蠕变过程中制备态复合材料由位错滑移主导,而辐照后材料则有晶格扩散的参与。（3）辐照产生的氦泡在退火过程的演化规律及复合界面对氦泡生长的作用机制:结合TEM下原位退火和离位退火实验,观测了复合材料中氦泡在退火过程中的演化,具体表现为不同厚度的Al层中,氦泡的尺寸随Al层厚度的增大而增大,氦泡密度则相反;在同一Al层中,位于Al层中心的氦泡尺寸大于复合界面附近的氦泡尺寸,氦泡密度则相反。推测复合界面中的非晶氧化铝层可作为间隙原子和空位的有效吸收阱,且同时作为间隙原子的发射源,在升温过程中间隙原子的迁移率远大于空位,则造成了空位在Al层中心的滞留,而界面同时发射间隙原子与界面周围的空位合并,抑制了界面附近氦泡的长大。结合氦泡生长的理论模型,判断在423 K～523 K温度区间,氦泡的生长机制为空位溶解控制的奥斯瓦尔德熟化机制（OR/v）和迁移合并（MC）同时主导,而在523 K～623 K温度区间,氦泡的生长主要由MC主导。实验中还观察到复合界面端处的异常大尺寸氦泡的萌生,拉曼光谱表征和分子动力学的模拟结果表明,辐照和退火过程分别会引起RGO层的结构破坏（即非晶化）和自修复,而具有缺陷的石墨烯能够成为氦原子扩散的通道,促进氦沿界面向两端扩散,因此界面端处的氦浓度增大,会促进氦泡进一步吸收空位而形成异常的大尺寸氦泡。综上所述,本文将RGO-Al复合材料作为模型材料,以高能氦离子辐照模拟反应堆环境,综合运用多种微纳力学测试手段、微观结构表征和分子动力学模拟,详细探究了RGO-Al复合材料的辐照效应,特别是系统研究了辐照后纳米碳增强金属复合材料的拉伸性能、辐照温度对材料力学性能和变形机制的影响以及复合界面对缺陷演化的影响规律。研究为核结构材料的开发提供了一种新的设计思路,也为评价纳米碳增强金属复合材料的辐照效应提供了新方法。此外,本研究开发的方法和具有普适性的制备路线不局限于任何特定的材料体系,可以扩展和应用于有核应用的材料体系,如钢、镍和锆等。