近日，中科院合肥研究院核能安全所黃群英研究員課題組在含釤環氧樹脂中子屏蔽材料研制方面取得新進展。由于目前現有輕型屏蔽材料存在耐熱性差的問題，研究人員利用APTES對Sm2O3顆粒進行化學改性并與耐高溫基體AFG-90H環氧樹脂物理共混的方式，制備出具有高熱穩定性的復合中子屏蔽材料Sm2O3-APTES/AFG-90H的方法。相關成果發表在國際聚合物領域期刊Polymers上。
先進核能系統對中子屏蔽材料提出了更高的熱穩定性、機械性能和高效中子屏蔽性能要求，填料在聚合物中的彌散分布和良好相容性可確保環氧樹脂復合材料的綜合性能。為了研發具有更高性能的中子屏蔽材料，研究人員采用新型高性能環氧樹脂AFG-90H和Sm2O3分別作為基體和填料，通過使用本所自主研發的蒙特卡羅粒子輸運軟件對屏蔽材料進行成分優化設計，并在此基礎上采用APTES化學改性工藝對Sm2O3顆粒進行表面處理，改善了填料在樹脂中的分散性及相容性。研究結果表明，當Sm2O3-APTES的添加量為30 wt%時，復合材料的初始熱分解溫度、玻璃化轉變溫度和楊氏模量較基體均有明顯提升。通過分析復合材料拉伸斷面形貌，該研究闡明了復合材料強韌化機理，以及針對Sm2O3-APTES低添加量下的分散應力效應和高添加量下的能量耗散效應。
相關研究成果為先進核能系統輕量化耐高溫中子屏蔽材料研發提供了工程化解決方案，也為先進核能系統高性能中子屏蔽材料研發提供了新思路。
本研究工作得到國家重點研發計劃項目的資助。
本文連接：https://www.mdpi.com/2073-4360/14/3/638
圖1 Sm2O3-APTES/AFG-90H復合材料的熱性能：
a) TGA；b) DTG；c) DSC；d) Tg變化趨勢
圖2 不同 Sm2O3-APTES 含量復合材料拉伸斷裂表面SEM 表征
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