铋系橡胶复合材料的制备及γ-ray辐射防护性能研究

Bi_2O_3论文 Bi_2WO_6论文 机械球磨论文 团簇微球论文 光致发光论文 γ射线防护论文
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近年来,由于核技术的发展,核辐射产生的各种射线对人类以及环境的影响越来越被重视。其中,γ射线是一种波长短、穿透能力极强、能量高的电磁波,可造成生物体细胞突变、造血功能缺失、癌症等疾病。铅金属是目前用于γ射线辐射防护的主要重元素,而这类元素的化合物可迁移,造成环境的污染和生物体的伤害。铋作为一种新型“绿色金属”,对人体和环境友好,可用作无机闪烁材料,对γ射线有很好的屏蔽作用,可避开铅低毒易迁移的弊端,是很好的γ射线辐射防护材料的替代品。基于铋的诸多优点,本文集中研究了氧化铋和钨酸铋两种功能粉体添加到天然胶乳中,制备出具有良好力学性能和γ射线辐射防护性能的二元、三元体系的橡胶复合材料。本文通过加入不同的复配表面修饰剂,利用物理机械球磨法制备了活性Bi2O3微/纳米材料,以其浆体的形式添加天然胶乳中,制备了具有良好γ射线辐射防护性能的Bi2O3/橡胶复合材料。探讨了不同复配表面活性剂及浓度、球磨时间、Bi2O3粒径分布对其橡胶复合材料性能的影响,并利用荧光(PL)验证其光致发光性能。结果表明以双子季铵盐/PVP(2:5)为复配表面修饰剂、球磨时间8h,Bi2O3在天然胶乳中的分散稳定性较好,粒径集中分布在110nm附近时,利于低能量59.5keV的γ-ray屏蔽性能的发挥,同时更有效的提高了其力学强度。本文研究了不同前驱体浓度、反应时间、表面活性剂浓度、pH值对水热法合成钨酸铋片状团簇微球的物相结构、微观形貌、光致发光性能的影响,并探讨了其可能的生长机理。研究表明当以实验室自制的多季胺阳离子为表面活性剂时,不同的反应条件对Bi2WO6(BWO)的微观结构有很大的影响,其不同晶面处有明显的择优趋向生长,当pH<7时,Bi2WO6在(060)晶面处呈现明显的择优趋向生长,当pH>7时,Bi2WO6在(131)晶面处呈现明显的择优趋向生长。当Bi2WO6微球纳米片较厚,片层结构密集时,能很好的发挥其光致发光光性能,具有择优趋向生长和纳米片自组装结合的可能的生长机理;制成的BWO/橡胶复合材料具有很好的低能量59.5keV的γ-ray屏蔽性能。用不同配比的Bi2O3和Bi2WO6为功能填料制备其三元体系的橡胶复合材料,探讨了其不同配比对三元体系橡胶复合材料性能影响。结果表明,当Bi2O3/Bi2WO6质量比为7:3时,力学性能达到最佳值。随着Bi2O3/Bi2WO6(7:3)的添加量的增加,其断裂伸长率下降,拉伸强度增加,当添加量为30wt%时,拉伸强度最大(23.51Mpa),添加量40wt%时,其低能量59.5keV的γ-ray屏蔽率可到达24.94%,高于二元体系的铋系橡胶复合材料。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
1 绪论第11-23页
    1.1 引言第11-12页
    1.2 γ-ray 辐射防护材料的研究现状第12-15页
        1.2.1 γ-ray 的产生及危害第12-13页
        1.2.2 γ-ray 辐射防护材料的简介第13-14页
        1.2.3 铋系γ-ray 辐射防护材料的简介第14-15页
    1.3 Bi_2O_3辐射防护材料研究现状第15-17页
        1.3.1 Bi_2O_3及制备方法第15-16页
        1.3.2 Bi_2O_3辐射防护材料的应用第16-17页
    1.4 Bi_2WO_6(BWO)晶体的研究现状第17-21页
        1.4.1 Bi_2WO_6(BWO)晶体制备方法简介第17页
        1.4.2 水热反应的影响因素第17-20页
        1.4.3 Bi_2WO_6(BWO)晶体的性能研究现状第20-21页
    1.5 本课题的研究目的和主要研究内容第21-23页
        1.5.1 研究目的第21页
        1.5.2 主要研究内容第21-23页
2 微/纳米活性 Bi_2O_3及其橡胶复合材料的制备和性能研究第23-40页
    2.1 引言第23页
    2.2 实验部分第23-27页
        2.2.1 实验试剂和仪器第23-25页
        2.2.2 球磨法活性 Bi_2O_3浆体的制备第25页
        2.2.3 Bi_2O_3/橡胶复合材料的制备第25-26页
        2.2.4 微/纳米活性 Bi_2O_3的表征第26页
        2.2.5 Bi_2O_3/橡胶复合材料的表征第26-27页
    2.3 结果与讨论第27-38页
        2.3.1 活性 Bi_2O_3物相分析第27-28页
        2.3.2 活性 Bi_2O_3粒度分布第28-30页
        2.3.3 活性 Bi_2O_3的表面修饰分析第30-31页
        2.3.4 微纳米活性 Bi_2O_3浆体的制备影响因素研究第31-34页
        2.3.5 活性 Bi_2O_3光致发光光谱分析第34-35页
        2.3.6 Bi_2O_3/橡胶复合材料断层扫描第35-36页
        2.3.7 Bi_2O_3/橡胶复合材料力学性能第36-37页
        2.3.8 Bi_2O_3/橡胶复合材料γ-ray 辐射防护性能第37-38页
    2.4 本章小结第38-40页
3 Bi_2WO_6(BWO)及其橡胶复合材料的制备和性能研究第40-56页
    3.1 引言第40页
    3.2 实验部分第40-43页
        3.2.1 实验试剂和仪器第40-42页
        3.2.2 Bi_2WO_6(BWO)粉体的制备第42页
        3.2.3 Bi_2WO_6(BWO)/橡胶复合材料的制备第42页
        3.2.4 Bi_2WO_6(BWO)粉体的表征第42-43页
        3.2.5 Bi_2WO_6(BWO)/橡胶复合材料的性能表征第43页
    3.3 结果与讨论第43-55页
        3.3.1 水热法合成 Bi_2WO_6(BWO)粉体的影响因素研究第43-51页
        3.3.2 合成机理研究第51-52页
        3.3.3 不同形貌的 Bi_2WO_6(BWO)光致发光性能研究第52-53页
        3.3.4 Bi_2WO_6(BWO)/橡胶复合材料力学性能第53-54页
        3.3.5 Bi_2WO_6(BWO)/橡胶复合材料γ -ray 辐射防护性能 .第54-55页
    3.4 本章小结第55-56页
4 Bi_2O_3/BWO/橡胶复合材料的制备及性能表征第56-62页
    4.1 引言第56页
    4.2 实验部分第56-58页
        4.2.1 实验原料和仪器第56-57页
        4.2.2 Bi_2O_3/BWO/橡胶复合材料的制备第57-58页
        4.2.3 Bi_2O_3/BWO/橡胶复合材料的性能表征第58页
    4.3 结果与讨论第58-61页
        4.3.1 Bi_2O_3/Bi_2WO_6(BWO)填充比的影响第58-59页
        4.3.2 Bi_2O_3/BWO/橡胶复合材料力学性能第59-60页
        4.3.3 Bi_2O_3/BWO/橡胶复合材料的γ-ray 辐射防护性能第60-61页
    4.4 本章小结第61-62页
结论第62-64页
致谢第64-65页
参考文献第65-72页
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果第72页
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