纳米钨酸铋可控合成及其NR复合材料γ-ray屏蔽性能研究

发布时间：2018-02-13 16:39

本文关键词： γ-ray 防护光致发光 Bi2WO6 可控合成复合材料　出处：《西南科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：γ-ray已广泛存在于核设施、航空航天,放射医学等领域,波长短,能量大,对人体有着严重的危害,因而,对γ-ray的防护逐渐受到重视。传统的防护材料,如含铅板材、玻璃等拥有较高的迁移率,笨重,且屏蔽率也较低,已不能满足人们的需要,因此急需研发具有低毒轻质高效的γ-ray防护材料。铋和钨是低毒,易加工的重金属元素,在射线防护方面有着广泛的应用。基于单一的重元素对射线的吸收都有薄弱的区域,本文同时研究了含铋和钨两种元素的纳米氧化物和盐与天然橡胶复合,制备出优秀的力学性能和γ-ray屏蔽性能的橡胶基复合材料。以相同质量分数(30%)而不同比例的WO3和Bi2O3纳米粒子分别填充至天然橡胶(NR)并制备出各自的复合材料。结果表明,经GQA改性球磨后的WO3和Bi2O3粒子尺寸达到纳米级,并在其表面嫁接上有机活性官能团;与纯NR材料相比,复合材料的拉伸强度均提升两倍以上;当WO3和Bi2O3纳米粒子质量比为15:15时,复合材料的γ-ray的屏蔽率由各自单独填充时的8.3%和9.2%提高至12%。WO3和Bi2O3纳米粒子量子效应、表面效应以及在N R基体中的均匀分散是协同增强复合材料对γ-r a y防护性能以及力学性能的关键。采用水热法合成出Bi2W O6纳米粒子并在球磨作用下得到粒径相近的WO3和Bi2O3粒子,分别以总质量分数为30%填充至天然橡胶(NR)中,制备出NR/Bi2W O6、NR/WO3以及NR/Bi2O3复合材料。结果表明,三种复合材料的拉伸强度是未填充粒子的纯NR的两倍以上。NR/Bi2W O6复合材料的γ-ray屏蔽率达到13.6%,远高于NR/WO3的7.4%以及NR/Bi2O3的9.2%。与WO3和Bi2O3相比,Bi2W O6纳米粒子独特的离子层间成键,增加了吸收原子的核外电子云重叠程度,以及边界互补效应是其增强复合材料γ-ray防护性能的关键。在柠檬酸、STAB、硫脲、乙二胺四种表面活性剂修饰下,采用水热法合成出四种形貌的Bi2W O6片层纳米晶,探究了Bi2W O6片层形貌与其光致发光性能之间的关系。结果表明:阳离子表面活性剂乙二胺和硫脲有利于形成规整排列的Bi2W O6片层纳米晶,其具备较大的BET而有利于光之发光强度的提高;而阴离子表面活性剂柠檬酸与STAB不易促进规整排列的Bi2W O6片层纳米晶形貌的形成,从而抑制了光致发光性能的改善。通过控制前驱体中CH3C H2O H与H2O的体积比,采用溶剂热法得到不同形貌的Bi2W O6纳米片,探讨了Bi2W O6形貌与光致发光性能之间的关系。Bi2W O6的结晶度、纳米片的棱长以及片层间距随醇水比增大而逐渐提高,当醇水比为1:1时,Bi2W O6纳米片的棱长、片层间距和比表面积(BET)最大,表现出优异的光致发光性能;而在醇水比大于1:1时,纳米片的棱长、片层间距和BET随之降低,光致发光性能继而减弱。以上表明醇水比为1:1时,复配CH3C H2O H与H2O协同修饰B i2W O6纳米片形貌的效果最佳,B E T最大,从而促进其光致发光性能的改善。采用凝胶-烧结法,通过控制烧结温度,制备出不同粒径的B i2W O6纳米粒子。探讨了Bi2W O6纳米粒子的晶型、结晶度和比表面积对其光致发光性能和γ-ray屏蔽率的影响。随着烧结温度的升高,Bi2W O6纳米粒子的结晶度逐渐增强,晶型由正交晶系向四方晶系转变,在600℃得到具有单一的四方晶型的Bi2W O6纳米粒子,且结晶度达到最强,具有最强的光致发光性能和最好的γ-ray防护性能,达到55.19%。通过控制反应温度,采用模板-烧结法,制备出蜂窝球状的B i2W O6纳米粒子。探讨了Bi2W O6纳米粒子的形貌、晶型,比表面积以及结晶度对其光致发光和γ-ray屏蔽性能的影响。结果表明,随着反应温度的升高,Bi2W O6纳米粒子的结晶度逐渐增强,发光强度和屏蔽性能逐渐增强;在500℃合成的由四方晶型的Bi2W O6纳米粒子堆积而成的蜂窝球具有最强的发光强度和最大屏蔽率,为63.16%。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

【参考文献】