Доктор Хуо Чжипэн, сотрудник Хэфэйского института Китайской академии наук разработал новые композиты B4C/HDPE, армированные наполнителем PbWO4, с настраиваемой микроструктурой. Точное регулирование микроструктуры наполнителей PbWO 4 удалось добиться улучшенных синергетических характеристик радиационной защиты как от нейтронного, так и от гамма-излучения, а также выявить механизмы взаимосвязи между микроструктурой и термическими, механическими свойствами, радиационной защитой и сроком службы защитных композитов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Композитные материалы: Часть A. Прикладная наука и производство .
Растущая ядерная энергетика, лучевая терапия и космические исследования привели к значительному увеличению потребности в материалах, способных обеспечивать радиационную защиту. Нейтронное и гамма-излучение, являясь широко распространенными видами ионизирующего излучения, создают серьезную угрозу как для людей, так и для техники. Традиционные материалы для радиационной защиты зачастую способны защищать только от одного типа излучения или характеризуются недостаточной механической прочностью и устойчивостью к старению. Следовательно, создание композиционных радиационно-защитных материалов, объединяющих высокую эффективность защиты от излучения, превосходные тепловые и механические характеристики, а также долговечность, стало приоритетной задачей научных исследований.
Синтезируя наполнители PbWO₄ в заданных условиях реакции, исследователи получили образцы с различной микроструктурой и разнообразной микроскопической формой, включая микронные палочки PbWO 4-I, микронный сферический PbWO4-II и шероховатый микронный сферический PbWO4-Наполнитель PbWO₄-III с шероховатой сферической формой и размером частиц 1 микрон характеризовался большей удельной поверхностью, однородным распределением частиц и улучшенной дисперсией в полимерной матрице.
Благодаря микроструктурным изменениям улучшилось взаимодействие между фазами, что способствовало повышению термической стабильности, улучшению механических характеристик и устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Наполнители PbWO₄, содержащие атомы свинца и вольфрама, эффективно поглощают гамма-фотоны и быстрые нейтроны, а наполнители B₄C, содержащие атомы бора, обеспечивают высокое поглощение тепловых нейтронов. Следовательно, полученный композиционный материал демонстрирует улучшенную синергетическую защиту в широком диапазоне энергий нейтронов и гамма-излучения.
Полученные данные демонстрируют существенное улучшение по сравнению с характеристиками стандартных материалов, поскольку последние обычно не обеспечивают комбинацию синергетической защиты и надёжных механических свойств.
Исследователи полагают, что данная работа подчеркивает необходимость управления микроструктурой при создании композитов и предлагает многообещающий подход к разработке современных материалов для защиты от радиации.
[Фото: HUO Zhipeng / Chinese Academy of Sciences]