改性钆/硼/聚乙烯纳米复合材料的制备及对中子和伽马射线的屏蔽性能

作者：赵盛; 霍志鹏^*; 钟国强; 张宏; 胡立群

来源：高等学校化学学报, 2022, 43(06): 57-67.

• 氧化钆
• 偶联剂
• 表面改性
• 聚乙烯
• 复合材料
• 辐射防护

采用偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对纳米氧化钆(nanoGd2O3)表面进行包覆改性,通过热压成型法制备了一种新型的改性纳米氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯(M-nanoGd2O3/B4C/HDPE)复合材料.傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)分析结果表明, nanoGd2O3成功被偶联剂改性，且改性nanoGd2O3在聚乙烯基体内的界面相容性和分散性显著提高.热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)和力学拉伸实验表明,改性nanoGd2O3的引入增强了复合材料的热稳定性,提高了复合材料的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率.对复合材料的中子和伽马射线屏蔽性能进行了实验测试和蒙特卡罗模拟计算,研究了nanoGd2O3改性、材料形状和材料厚度对屏蔽性能的影响.结果表明,界面相容性和分散性优良的nanoGd2O3能够有效提高中子及伽马射线屏蔽率.方形M-nanoGd2O3/B4C/HDPE材料在厚度为11.7 cm时中子屏蔽率达到90%,在厚度为13.5 cm时伽马射线屏蔽率达到70%.

• 单位
  中国科学院合肥物质科学研究院; 中国科学技术大学