基于纳米功能元素协调分布的环氧树脂基辐射防护材料研究

摘要

辐射防护材料是降低核辐射危害,保障工作人员及公众健康的关键,具有重要的研究价值和迫切的社会需要求。本文从辐射防护材料的研究现状和需求出发,主要围绕纳米功能粒子改性环氧树脂基辐射防护材料开展研究工作。首先对辐射防护功能粒子进行模拟筛选和优化设计,然后制备了多种微纳米功能粒子/环氧树脂辐射防护材料,重点研究了功能粒子尺寸、分布、配比等对复合材料辐射防护性能的影响规律,并对其机理进行了初步分析。
　　主要研究工作和结果如下:
　　(1)采用WinXCom软件对CeO2、Sm2O3、Er2O3、Gd2O3、WO3、Bi2O3等功能粒子的辐射防护性能进行理论模拟计算,重点考察了上述功能元素的边界吸收特性。基于模拟计算结果,对辐射防护功能元素进行初步筛选与优化组合,为接下来辐射防护材料的制备提供参考。
　　(2)制备了纳米CeO2/环氧树脂、微米CeO2/环氧树脂、纳米Er2O3/环氧树脂、微米Er2O3/环氧树脂复合材料,对其微观结构、力学性能和辐射防护性能进行了测试分析。结果表明,纳米功能粒子在环氧树脂中均匀分布;纳米功能粒子/环氧树脂复合材料的力学性能要优于微米功能粒子/环氧树脂复合材料;纳米CeO2/环氧树脂和纳米Er2O3/环氧树脂复合材料的辐射防护性能要优于微米功能粒子改性环氧树脂基复合材料,在射线能量比较低时更加明显。
　　(3)制备了不同配比的纳米Bi2O3、Er2O3、CeO2功能粒子改性环氧树脂基复合材料,研究了功能粒子配比对复合材料辐射防护性能的影响。结果表明,复合材料中纳米 Bi2O3含量较高时对高能量射线的防护效果较好,纳米 Er2O3含量较高时对低能射线防护效果好。功能元素协调配比的纳米CeO2/Er2O3/Bi2O3/环氧树脂材料具备较优异的均衡辐射防护性能。
　　(4)制备了具有不同结构和功能粒子分布的纳米Er2O3/环氧树脂及纳米Er2O3/Bi2O3/环氧树脂多层材料。测试结果表明,具有不同结构和功能粒子分布的纳米Er2O3/环氧树脂多层材料的辐射防护性能基本无差别。具有不同功能粒子分布的纳米Er2O3/Bi2O3/环氧树脂多层材料在某个能量区间内的辐射防护表现出差异性。

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图表清单

第一章 绪论

1.1引言

1.2辐射防护材料概述[4]

1.3 电离辐射与物质的相互作用[40-43, 47]

1.4γ射线在物质中的衰减规律[40-43]

1.5 辐射防护材料的设计

1.6 本文选题依据与主要研究工作

第二章 辐射防护功能元素的优化筛选与设计

2.1 引言

2.2功能粒子辐射防护性能模拟计算

2.3 辐射防护功能元素的筛选与优化组合

2.4 协调配比的功能粒子改性环氧树脂材料的辐射防护性能模拟

2.5 小结

第三章 辐射防护材料的制备与性能测试

3.1 试剂与材料

3.2 实验仪器与设备

3.3 辐射防护材料制备方法及步骤

3.4 性能测试

第四章 实验结果分析与讨论

4.1 功能粒子尺寸对材料辐射防护性能的影响及规律

4.2 功能粒子协同配比对材料辐射防护性能的影响及规律

4.3功能粒子分布（层）对材料辐射防护性能的影响及规律

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文