铅卤钙钛矿/环氧树脂复合材料制备及伽马屏蔽性能研究

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随着伽马射线在各领域的应用日益广泛,且伽马射线的穿透能力较强,人体暴露在伽马射线下会受到严重伤害,如何减少辐射带来的危害已成为亟待解决的问题之一,采用辐射屏蔽材料是减少伽马射线危害的主要途径。因此科研人员致力于寻找一种便于使用、性能优异的伽马辐射屏蔽材料。铅卤钙钛矿材料具有闪烁体特性,可以将高能光子(伽马射线)转变成低能光子,并且晶面取向可调,这些特点使得铅卤钙钛矿在辐射屏蔽领域有广阔的应用前景。因此本文研究了有机-无机杂化铅卤钙钛矿(MAPb X3(X=Br、I))和全无机铅卤钙钛矿(CsPbI3)对伽马射线的辐射屏蔽性能,并探究了其辐射屏蔽机理,为辐射屏蔽选材提供了理论基础。本论文采用模拟软件对甲胺基铅卤钙钛矿组分进行初步筛选,表明MAPbI3晶体的辐射屏蔽性能较优异。采用溶剂热法合成MAPb X3(X=Br、I)晶体,通过实验研究阴离子种类对MAPb X3(X=Br、I)/环氧树脂复合材料伽马屏蔽性能的影响。结果表明,阴离子为I时,钙钛矿材料的伽马屏蔽性能较优异,其质量衰减系数可达1.18 cm~2/g。采用溶剂热法制备MAPbI3晶体,并通过注塑成型工艺构筑MAPbI3/环氧树脂复合材料,研究反应时间和反应温度对MAPbI3/环氧树脂复合材料屏蔽性能的影响规律。采用SEM、XRD、FTIR、XPS对MAPbI3晶体的表面形貌、物相组成、分子结构和元素成分进行表征和分析,并利用窄束测试方法研究MAPbI3/环氧树脂复合材料的屏蔽性能。研究结果表明,反应时间为1.5 h,反应温度为100℃时,所得MAPbI3/环氧树脂复合材料的屏蔽性能较好,其质量衰减系数为1.38 cm~2/g。采用配体辅助再沉淀法制备CsPbI3晶体,研究反应原料比和表面活性剂含量对CsPbI3/环氧树脂复合材料屏蔽性能的影响。结合SEM、XRD表征,分析其表面形貌、物相组成。研究结果表明,当原料配比为CsI:PbI2=1:1.1,加入油胺和油酸体积均为1.5 m L时,其质量衰减系数高达1.60 cm~2/g。屏蔽性能的提高主要是由于所制备CsPbI3晶体的(015)晶面峰面积较大,(015)晶面数量更多的Pb原子增加了材料与伽马射线的碰撞概率,进而提升了CsPbI3晶体的伽马屏蔽性能。
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