Bi2WO6纳米结构的合成及其γ射线屏蔽性能研究

摘要

γ射线在国防和民用行业迅速发展，为人类提供便利的同时潜在地威胁着人类的身体健康和生命安全，因此，γ射线防护材料的理论研究和应用开发愈加重要。通常使用的防护材料如含铅的板材，玻璃等，其屏蔽率较低，迁移率较高，且笨重对人体有伤害性，不能满足人们对材料的实用性及安全性的需要，因此急需研发具有轻质、高效、低毒的γ射线防护材料。铋和钨均作为一种“绿色金属”，拥有低毒、易加工等优点，组成的化合物钨酸铋对γ射线有较强的吸收，能够替代传统铅系材料作为主要的γ射线防护功能组元。本论文利用一种温和的湿化学法-溶剂热法来合成形貌与微观结构可控的钨酸铋纳米晶，并结合各种结构表征和性能的研究，探讨了其微观结构和形貌与其性能之间的内在联系。
　　本文研究了pH值，反应温度及溶剂类型对溶剂热法合成不同纳米结构的Bi2WO6的物相组成、微观形貌和发光性能、辐射防护性能的影响，并探讨了反应条件在Bi2WO6晶体生长过程中的作用。利用XRD，SEM，TEM，HRTEM和DRS，PL，γ谱仪等表征手段对Bi2WO6晶体的组成、形貌、禁带宽度、发光强度以及γ射线防护性能等进行了详细的表征。实验结果表明，在不添加任何表面活性剂和分散剂的情况下，不同的工艺条件对Bi2WO6纳米结构有较大的影响。当pH值高于9.5时，制得的样品为的Bi2WO6和Bi7.89W0.11O12.16混合相；pH处于7.5～9.5，得到纯相的Bi2WO6。且随着pH值或温度升高，样品的结晶度提高，（131）和（002）晶面有明显的择优生长趋势，发光强度也随之增长。所有样品中，前驱体溶液的pH=7.5，反应温度为220℃，选择乙二醇作为溶剂的条件下合成的完整纳米片状Bi2WO6粉体对86.5KeV的γ射线屏蔽率最佳，高达69.51％，已经远远高于课题组之前合成的填充量为30%的PbWO4橡胶复合材料以及微米级蜂窝球状Bi2WO6橡胶复合材料的屏蔽率。
　　以Ce(NO3)3·6H2O为Ce源，采用溶剂热法制备了Ce掺杂的Bi2WO6纳米粉体。Ce替代Bi3+进入Bi2WO6晶格，影响了Bi2WO6纳米晶的微观结构及性能。结果表明，随掺杂量增加，Bi2WO6晶体内部及表面缺陷增多，结晶度逐渐降低，掺杂量达20%时只有（131）和（002）两个晶面微弱的衍射峰。稀土离子添加抑制了晶面的生长速率导致纳米片结构消失，逐步瓦解成纳米颗粒，高倍透射电镜图证实掺杂后样品的晶面间距减小。XPS显示掺杂后Ce4+，Ce3+同时存在于样品中，Bi4f价带能量提高了5.34eV。γ射线防护测试表明，Ce的掺杂量为5%mol时，对105.3KeVγ射线的屏蔽率达到最大，约为38.66%，且γ射线屏蔽效果随着粉体质量的增加呈先迅速提高后趋于平缓的趋势。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 γ射线辐射防护材料的研究现状

1.3 纳米材料在辐射防护中的应用

1.4 钨酸铋纳米材料防护γ射线的可行性

1.5 选题的目的和研究内容

2 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.2 钨酸铋纳米结构的制备流程

2.3 实验测试分析

3 钨酸铋纳米结构合成的影响因素及其γ射线屏蔽性能的研究

3.1 引言

3.2 pH值对溶剂热法合成钨酸铋纳米结构的影响

3.3 温度对溶剂热法合成钨酸铋纳米结构的影响

3.3 溶剂对溶剂热法合成钨酸铋纳米结构的影响

3.4 钨酸铋纳米晶体生长机理微探究

3.5 钨酸铋粉体的紫外-可见光漫反射光谱分析

3.5 钨酸铋粉体的光致发光分析

3.6 γ射线辐射防护性能

3.6 本章小结

4 Ce掺杂钨酸铋纳米结构的合成及γ射线防护性能研究

4.1 引言

4.2 Ce掺杂对钨酸铋粉体结构、形貌性能的影响

4.3 Ce掺杂钨酸铋粉体的表面结构及化学组成分析

4.4 Ce掺杂钨酸铋粉体的紫外-可见漫反射光谱分析

4.5 Ce掺杂钨酸铋粉体的比表面积分析

4.6 PS/Ce-Bi2WO6材料γ射线防护性能

4.7 本章小结

致谢

参考文献

读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果