Прорыв в разработке новых материалов
Доктор Хо Чжупэн и его студент Чэнь Цзуоян из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук разработали новый класс композитных материалов на основе наполнителя PbWO₄, армированного B₄C/HDPE. Материалы имеют настраиваемые микроструктуры.
Достижения в области радиационной защиты
Регулируя микроструктуру наполнителя PbWO₄, учёные добились улучшения характеристик экранирования от нейтронного и гамма-излучения. Они также изучили механизмы взаимосвязи между микроструктурой и тепловыми, механическими свойствами, а также долговечностью композитных материалов для защиты от радиации. Результаты исследования были опубликованы в журнале Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.
Растущий спрос на материалы для радиационной защиты
Спрос на передовые материалы для радиационной защиты растёт в связи с расширением применения в ядерной энергетике, медицинской радиотерапии и аэрокосмической отрасли. Нейтронное и гамма-излучение представляют серьёзную опасность для здоровья человека и чувствительного оборудования. Традиционные защитные материалы часто не обеспечивают достаточной защиты от обоих типов излучения или имеют низкую механическую прочность и устойчивость к старению.
Микроструктурные усовершенствования
Синтезируя наполнители PbWO₄ с различной микроструктурой в контролируемых условиях реакции, исследователи получили уникальные микроскопические морфологии, такие как микронитевидные PbWO₄-I, микросферические PbWO₄-II и шероховатые микросферические PbWO₄-III. Среди них микросферический наполнитель PbWO₄-III показал превосходные характеристики, такие как увеличенная удельная площадь поверхности, более равномерное распределение частиц и лучшая дисперсия в полимерной матрице.
Улучшение свойств
Оптимизация микроструктуры улучшила межфазное связывание, что привело к повышению термической стабильности, механических свойств и устойчивости к ультрафиолетовому старению. Атомы Pb и W в наполнителях PbWO₄ эффективно поглощают гамма-фотоны и быстрые нейтроны, в то время как атомы B в B₄C обеспечивают высокое поглощение тепловых нейтронов. В результате композит обеспечивает улучшённое синергетическое экранирование в широком спектре энергий нейтронов и гамма-излучения.
Результаты испытаний
Оптимизированный композит PbWO₄-III/B₄C/HDPE показал коэффициент экранирования 97,32% от нейтронов ²⁵²Cf и 76,43% от гамма-фотонов ¹³⁷Cs при толщине 15 см. Эти результаты представляют собой значительное улучшение по сравнению с традиционными материалами, которым обычно не хватает такой комбинации синергетического экранирования и надёжных механических характеристик.
Работа не только демонстрирует важность контроля микроструктуры при проектировании композитов, но и предлагает перспективную стратегию для создания высокоэффективных материалов для радиационной защиты следующего поколения.
Предоставлено Китайской академией наук.