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铋系橡胶复合材料的制备及γ-ray辐射防护性能研究

魏霞  
【摘要】:近年来,由于核技术的发展,核辐射产生的各种射线对人类以及环境的影响越来越被重视。其中,γ射线是一种波长短、穿透能力极强、能量高的电磁波,可造成生物体细胞突变、造血功能缺失、癌症等疾病。铅金属是目前用于γ射线辐射防护的主要重元素,而这类元素的化合物可迁移,造成环境的污染和生物体的伤害。铋作为一种新型“绿色金属”,对人体和环境友好,可用作无机闪烁材料,对γ射线有很好的屏蔽作用,可避开铅低毒易迁移的弊端,是很好的γ射线辐射防护材料的替代品。基于铋的诸多优点,本文集中研究了氧化铋和钨酸铋两种功能粉体添加到天然胶乳中,制备出具有良好力学性能和γ射线辐射防护性能的二元、三元体系的橡胶复合材料。 本文通过加入不同的复配表面修饰剂,利用物理机械球磨法制备了活性Bi_2O_3微/纳米材料,以其浆体的形式添加天然胶乳中,制备了具有良好γ射线辐射防护性能的Bi_2O_3/橡胶复合材料。探讨了不同复配表面活性剂及浓度、球磨时间、Bi_2O_3粒径分布对其橡胶复合材料性能的影响,并利用荧光(PL)验证其光致发光性能。结果表明以双子季铵盐/PVP(2:5)为复配表面修饰剂、球磨时间8h,Bi_2O_3在天然胶乳中的分散稳定性较好,粒径集中分布在110nm附近时,利于低能量59.5keV的γ-ray屏蔽性能的发挥,同时更有效的提高了其力学强度。 本文研究了不同前驱体浓度、反应时间、表面活性剂浓度、pH值对水热法合成钨酸铋片状团簇微球的物相结构、微观形貌、光致发光性能的影响,并探讨了其可能的生长机理。研究表明当以实验室自制的多季胺阳离子为表面活性剂时,不同的反应条件对Bi_2WO_6(BWO)的微观结构有很大的影响,其不同晶面处有明显的择优趋向生长,当pH7时,Bi_2WO_6在(060)晶面处呈现明显的择优趋向生长,当pH7时,Bi_2WO_6在(131)晶面处呈现明显的择优趋向生长。当Bi_2WO_6微球纳米片较厚,片层结构密集时,能很好的发挥其光致发光光性能,具有择优趋向生长和纳米片自组装结合的可能的生长机理;制成的BWO/橡胶复合材料具有很好的低能量59.5keV的γ-ray屏蔽性能。 用不同配比的Bi_2O_3和Bi_2WO_6为功能填料制备其三元体系的橡胶复合材料,探讨了其不同配比对三元体系橡胶复合材料性能影响。结果表明,当Bi_2O_3/Bi_2WO_6质量比为7:3时,力学性能达到最佳值。随着Bi_2O_3/Bi_2WO_6(7:3)的添加量的增加,其断裂伸长率下降,拉伸强度增加,当添加量为30wt%时,拉伸强度最大(23.51Mpa),添加量40wt%时,其低能量59.5keV的γ-ray屏蔽率可到达24.94%,高于二元体系的铋系橡胶复合材料。


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