【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于輻射防護，具體涉及一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著核電站的不斷擴建、人類太空探索步伐的加快、臨床放射診療技術(shù)的普及，以及核武器恐怖威脅等現(xiàn)實因素的持續(xù)存在，人類正面臨著日益加劇的電離輻射和核輻射暴露風(fēng)險。輻射主要分為核輻射和非電離輻射兩類，對人類危害較大的主要是核輻射。核輻射是指從原子核中釋放出的粒子或電磁輻射，包括α粒子、β粒子、伽瑪射線以及中子。核能源的應(yīng)用廣泛，但同時也伴隨著對輻射屏蔽材料的需求。在核能工業(yè)、醫(yī)療影像設(shè)備和其他輻射應(yīng)用中，需要有效的中子和伽馬射線屏蔽材料以保護人員和設(shè)備免受輻射的危害。傳統(tǒng)的屏蔽材料通常存在一些局限性，例如重量大、成本高、屏蔽效果有限等問題。
2、中子是中性粒子，無法被電荷作用來屏蔽。中子的屏蔽通常需要利用材料的核反應(yīng)性質(zhì),主要依賴于以下幾種物理過程：（1）散射：中子與材料中的原子核發(fā)生散射，改變中子的方向并減弱其能量。（2）吸收：中子被材料中的原子核吸收，導(dǎo)致原子核的激發(fā)或裂變，從而減少中子的數(shù)量。（3）減速：中子在材料中與原子核碰撞，逐漸失去能量，最終減速至熱中子狀態(tài)。為了有效屏蔽中子，通常需要使用富含輕元素（如氫、硼）的材料，因為這些元素對中子有較高的散射和吸收截面。例如，氫化物、氫化硼、水、聚合物等材料都具有良好的中子屏蔽性能。伽馬射線是高能電磁輻射，其屏蔽主要依賴于以下過程：（1）光電效應(yīng)：伽馬射線與物質(zhì)中的原子發(fā)生相互作用，將能量轉(zhuǎn)移給原子中的電子，使其被釋放出來。（2）康普頓散射：伽馬射線與
3、核輻射屏蔽材料的應(yīng)用歷史悠久，傳統(tǒng)上，諸如鉛、鐵、鎢、鎘等金屬單質(zhì)，以及混凝土、聚乙烯、石蠟、水等材料，在針對單一輻射類型（如伽馬射線或中子）的防護中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而，隨著現(xiàn)代輻射防護場景的日益復(fù)雜化和物理環(huán)境的嚴(yán)苛化，輻射屏蔽材料的需求也顯著升級。它們不僅需要展現(xiàn)出色的熱力學(xué)性能，還必須同時有效抵御中子和伽馬射線混合輻射場的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的對中子及伽馬的有機復(fù)合屏蔽材料通常具有良好的柔韌性和加工性，但是其屏蔽性能遠(yuǎn)不如無機材料：鉛，混凝土等，因此，如何提高有機復(fù)合材料對中子和伽馬射線的屏蔽效果，同時保持良好的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料及其制備方法和應(yīng)用，用以解決有機復(fù)合屏蔽材料屏蔽性能差的問題。
2、為了達到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)公開了一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料，所述基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料以納米wo3粉末作為中子和伽馬射線吸收劑，以熱塑性聚氨酯作為基體材料，wo3粉末以無溶劑鎢基流體形式添加到基體材料中；
4、以質(zhì)量百分比計，所述基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的成分為：納米wo3粉末9.91~50%和熱塑性聚氨酯50~90.09%。
5、本專利技術(shù)還公開了上述基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，包括以下步驟：
6、將有機硅烷-聚醚胺溶液和納米wo3粉末混合后進行反應(yīng)，得到反應(yīng)溶液；
7、將反應(yīng)溶液依次進行透析、旋蒸，得到無溶劑鎢基流體；
8、將無溶劑鎢基流體的四氫呋喃溶液與熱塑性聚氨酯的四氫呋喃溶液混合，隨后依次進行磁力攪拌和超聲處理，得到鑄膜液；
9、將鑄膜液滴在聚四氟乙烯膜上進行成膜處理，得到基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料。
10、進一步地，所述有機硅烷-聚醚胺溶液的制備方法為：
11、將聚醚胺有機高分子聚合物分散在甲醇中，進行磁力攪拌后，再加入γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，并進行冷凝回流，得到有機硅烷-聚醚胺溶液；
12、所述聚醚胺有機高分子聚合物和甲醇的質(zhì)量比為1：（7~10）；
13、所述γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和聚醚胺有機高分子聚合物是等摩爾量；
14、所述冷凝回流是在油浴鍋中進行，所述油浴鍋的溫度為45~60℃。
15、進一步地，所述納米wo3粉末和有機硅烷-聚醚胺溶液的質(zhì)量比為1：（4-10）；
16、所述透析的條件為：透析時間為24~60?h，透析過程中每隔4~6h換水一次。
17、進一步地，所述熱塑性聚氨酯的四氫呋喃溶液為熱塑性聚氨酯顆粒和四氫呋喃溶液混合制備得到；所述熱塑性聚氨酯的四氫呋喃溶液中熱塑性聚氨酯的質(zhì)量百分比為15%~30%；
18、所述無溶劑鎢基流體的四氫呋喃溶液為無溶劑鎢基流體和四氫呋喃溶液混合制備得到；所述無溶劑鎢基流體的四氫呋喃溶液中無溶劑鎢基流體的質(zhì)量百分比為15%~30%。
19、進一步地，所述鑄膜液中無溶劑鎢基流體和熱塑性聚氨酯的質(zhì)量比為（1：9）~（1：1）。
20、進一步地，所述磁力攪拌的時間為2~6h；所述超生處理的時間為2~6h。
21、進一步地，所述成膜處理的具體步驟為：
22、將聚四氟乙烯膜平鋪在流延機表面，抽真空，調(diào)節(jié)流延機速度和成膜厚度，將鑄膜液滴在聚四氟乙烯膜上，使刮刀勻速刮過鑄膜液，隨后進行干燥處理后，得到基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料。
23、進一步地，所述干燥處理的溫度為40~60℃。
24、進一步地，所述流延機速度為10-20mm/s；所述成膜厚度為0.02-0.15mm。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
26、本專利技術(shù)公開了一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料，通過在納米wo3粉末表面接枝硅烷偶聯(lián)劑-聚醚胺有機分子長鏈，制備得無溶劑鎢基流體，降低了納米wo3的表面能，改善納米wo3粉末作為填料時的與熱塑性聚氨酯基體之間的界面相容性，增加了納米wo3粉末在基體中的分散度，減少納米粒子的團聚現(xiàn)象，提高該復(fù)合屏蔽材料得屏蔽性能，解決了傳統(tǒng)有機復(fù)合屏蔽材料屏蔽性能差的問題。
27、進一步地，基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料中，采用納米wo3粉末的摻雜，由于wo3是一種硬質(zhì)無機材料，具有高硬度和高強度的優(yōu)異性能。將其作為增強劑添加到tpu（熱塑性聚氨酯）基體中，在wo3和tpu之間形成的界面區(qū)域，存在一定程度的物理或化學(xué)相互作用，這種界面相互作用可以增強復(fù)合材料的結(jié)合力和界面附著力，從而提高材料的強度在一定程度上提升了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和機械性能。
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1.一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料，其特征在于，所述基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料以納米WO3粉末作為中子和伽馬射線吸收劑，以熱塑性聚氨酯作為基體材料，WO3粉末以無溶劑鎢基流體形式添加到基體材料中；
2.權(quán)利要求1所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述有機硅烷-聚醚胺溶液的制備方法為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述納米WO3粉末和有機硅烷-聚醚胺溶液的質(zhì)量比為1：（4-10）；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述熱塑性聚氨酯的四氫呋喃溶液為熱塑性聚氨酯顆粒和四氫呋喃溶液混合制備得到；所述熱塑性聚氨酯的四氫呋喃溶液中熱塑性聚氨酯的質(zhì)量百分比為15%~30%；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述磁力攪拌的時間為2~6h；所述超生處理的時間為2~6h。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述成膜處理的具體步驟為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述干燥處理的溫度為40~60℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述流延機速度為10-20mm/s；所述成膜厚度為0.02-0.15mm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料，其特征在于，所述基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料以納米wo3粉末作為中子和伽馬射線吸收劑，以熱塑性聚氨酯作為基體材料，wo3粉末以無溶劑鎢基流體形式添加到基體材料中；
2.權(quán)利要求1所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述有機硅烷-聚醚胺溶液的制備方法為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述納米wo3粉末和有機硅烷-聚醚胺溶液的質(zhì)量比為1：（4-10）；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無溶劑鎢基流體的中子、伽馬復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述熱塑性聚氨酯的四氫呋喃溶液為熱塑性聚氨酯顆粒和四氫呋喃溶液混合制備得到；所述熱塑性聚氨酯...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張鴻飛，李佳星，陳方宇，張璐，李沛沛，陳芳，
申請(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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