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功能化碳纳米管/环氧树脂辐射防护材料制备及性能研究

张红旭  
【摘要】:核科学技术快速发展,核与辐射安全备受关注,轻质高效的新型辐射防护材料具有迫切的需求和广阔的发展空间。本文从国内外的研究现状和实际需求出发,研究探索辐射防护功能纳米粒子和碳纳米管对环氧树脂基复合材料辐射防护性能的提升作用及影响规律,设计制备轻质高效的新型辐射防护复合材料。主要取得了以下研究结果: (1)利用WinXCom软件分别对单种辐射防护功能粒子、多种组合辐射防护功能粒子及功能粒子改性环氧树脂基复合材料的辐射防护性能进行了模拟计算和优化筛选。结果表明,辐射防护功能粒子的质量衰减系数与射线能量密切相关,随着射线能量的增加而显著降低,存在强吸收峰和弱吸收区;多种辐射防护功能粒子组合后的辐射防护效果较单种功能粒子相比更加平滑,弱吸收区明显减弱,可利用多种辐射防护功能粒子优化组合达到均衡辐射防护效果。 (2)制备了纳米Sm2O3、WO3、Bi2O3等多种辐射防护功能粒子和碳纳米管共混改性的环氧树脂基辐射防护复合材料,对其进行系统的测试表征和对比分析。结果表明,环氧树脂基复合材料具有良好的力学性能,适量碳纳米管的加入对环氧树脂基复合材料拉伸强度和弯曲强度均具有一定的提升作用;纳米功能粒子及碳纳米管的加入可以显著提升材料对低能γ射线的辐射防护效果,通过优化配比可使复合材料具备均衡的辐射防护效果;纳米功能粒子及碳纳米管加入后,环氧树脂基复合材料对能量较高的γ射线辐射防护性能变化不大;单纯利用碳纳米管改性环氧树脂材料,对其辐射防护性能的改善效果不明显。 (3)制备了辐射防护功能粒子(WO3、Sm2O3)修饰的碳纳米管,进而制备了功能化碳纳米管改性的环氧树脂基复合材料,对其进行了系统的测试表征和对比分析。结果表明,碳纳米管与功能粒子共混加入环氧树脂基辐射材料后,对原功能粒子改性环氧树脂辐射防护性能的提升作用不明显;与辐射防护功能粒子/碳纳米管/环氧树脂共混材料相比,利用功能粒子修饰后的碳纳米管改性环氧树脂具有更好的效果;碳纳米管改性环氧树脂复合材料具有更为优异的耐辐照性能。


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