Оптические и радиационно-защитные свойства нанокомпозита ПВХ/BiVO4

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10964 (2023) Цитировать эту статью

551 Доступов

Подробности о метриках

В этом исследовании изучаются физические и оптические свойства, а также радиационная защита поливинилхлорида (ПВХ), наполненного x% ванадата висмута (BiVO4) (x = 0, 1, 3 и 6 мас.%). В качестве нетоксичного нанонаполнителя разработанные материалы представляют собой недорогой, гибкий и легкий пластик, призванный заменить традиционный свинец, который является токсичным и плотным. Рентгенограммы и FTIR-спектры продемонстрировали успешное изготовление и комплексообразование нанокомпозитных пленок. Кроме того, с помощью спектров TEM, SEM и EDX были продемонстрированы размер частиц, морфология и элементный состав нанонаполнителя BiVO4. Программа моделирования MCNP5 оценила эффективность защиты от гамма-излучения четырех нанокомпозитов ПВХ + x% BiVO4. Полученные данные о массовом коэффициенте затухания разработанных нанокомпозитов были сопоставимы с теоретическими расчетами, выполненными с помощью программного обеспечения Phy-X/PSD. Кроме того, начальный этап расчета различных параметров экранирования, таких как слой половинного значения, слой десятого значения и длина свободного пробега, помимо моделирования линейного коэффициента затухания. С увеличением доли нанонаполнителя BiVO4 коэффициент пропускания снижается, а эффективность радиационной защиты возрастает. Кроме того, настоящее исследование направлено на оценку значений эквивалента толщины (Xeq), эффективного атомного номера (Zeff) и эффективной электронной плотности (Neff) в зависимости от концентрации BiVO4 в матрице ПВХ. Результаты, полученные по параметрам, показывают, что включение BiVO4 в ПВХ может быть эффективной стратегией для разработки устойчивых и не содержащих свинца полимерных нанокомпозитов с потенциальным использованием в приложениях радиационной защиты.

Гибкие бессвинцовые нанокомпозитные пленки, защищающие от радиации, на основе поливинилхлорида (ПВХ) представляют собой широко используемый полимер в сочетании с наночастицами металлов или оксидов металлов для создания радиационно-защитного слоя внутри пленки. Эти наночастицы используются вместо свинца, поскольку они обладают сопоставимыми защитными свойствами, но не токсичны. Полученные пленки являются гибкими, легкими и экономичными. Они могут использоваться в различных медицинских учреждениях, атомной энергетике, аэрокосмической отрасли и промышленных радиографических испытаниях. Однако важно отметить, что эффективность этих пленок может варьироваться в зависимости от типа и интенсивности экранируемого излучения1,2. Благодаря своей высокой плотности по сравнению с другими полимерами ПВХ может быть подходящим выбором для производства композиционных материалов для защиты от гамма-лучей в диапазоне радиодиагностических энергий за счет включения различных наночастиц (НЧ)1,2,3,4,5,6.

Оксид висмута Bi2O3 представляет собой полупроводник p-типа (с атомным номером 83) с высокой плотностью 8,9 г/см3. Примечательно, что этот материал не токсичен. Также было обнаружено, что он обладает свойствами защиты от гамма-лучей, эквивалентными свинцу7. Эль-Шаркави и др.1 сообщили о включении наночастиц Bi2O3 в переработанный ПВХ в качестве потенциального решения для защиты от гамма-излучения. Кроме того, Максуд и др.8 намеревались разработать новый материал для защиты от гамма-излучения на основе ПВБ (очень гибкого, легкого, не содержащего свинца), легированного оксидом висмута Bi2O3 и перовскитом цирконата бария BaZrO3 в качестве наполнителя из оксидов нанометаллов.

Пятиокись ванадия V2O5 — материал, перспективный для использования в микроэлектронных, электрохимических и оптических устройствах9. Согласно Хоу и др.10, V2O5 обеспечивает фотогенерированные носители и кинетическое поведение, а также повышает способность материала поглощать ультрафиолетовое излучение. Нарайанан и др.11 сообщили, что включение V2O5 в полимерную матрицу полианилина улучшает диэлектрические характеристики и характеристики электромагнитного экранирования полимерных нанокомпозитов, одновременно создавая высокоэффективную композитную сеть между V2O5 и полианилином.