PVC/BiVO4 ナノコンポジットの光学的および放射線遮蔽特性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10964 (2023) この記事を引用

551 アクセス

メトリクスの詳細

この研究では、x% のバナジン酸ビスマス (BiVO4) (x = 0、1、3、および 6 wt%) を添加したポリ塩化ビニル (PVC) の物理的および光学的特性と放射線遮蔽能力を調査します。 非毒性のナノフィラーとして設計された材料は、毒性があり密度が高い従来の鉛に代わる、低コストで柔軟かつ軽量のプラスチックです。 XRD パターンと FTIR スペクトルは、ナノコンポジット フィルムの製造と複合化が成功したことを示しました。 さらに、BiVO4 ナノフィラーの粒径、形態、元素組成は、TEM、SEM、EDX スペクトルを利用して実証されました。 MCNP5 シミュレーション コードは、4 つの PVC + x% BiVO4 ナノ複合材料のガンマ線遮蔽効果を評価しました。 開発されたナノ複合材料の得られた質量減衰係数データは、Phy-X/PSD ソフトウェアで実行された理論計算と同等でした。 さらに、線減衰係数のシミュレーションに加えて、半値層、10 値層、平均自由行程などのさまざまなシールド パラメータの計算の初期段階も実行されます。 BiVO4 ナノフィラーの割合が増加すると、透過率は低下しますが、放射線防護効率は向上します。 さらに、現在の研究では、PVC マトリックス中の BiVO4 の濃度の関数として、等価厚さ (Xeq)、有効原子番号 (Zeff)、および有効電子密度 (Neff) の値を評価することを目指しています。 パラメータから得られた結果は、BiVO4 を PVC に組み込むことが、放射線遮蔽用途での潜在的な用途を備えた、持続可能で鉛フリーのポリマー ナノ複合材料を開発するための効果的な戦略となり得ることを示しています。

ポリ塩化ビニル (PVC) をベースとした柔軟な鉛フリー放射線遮蔽ナノコンポジット フィルムは、フィルム内に放射線遮蔽層を作成するために金属または金属酸化物のナノ粒子と組み合わせて一般的に使用されるポリマーです。 これらのナノ粒子は、毒性がなく同等のシールド特性を提供するため、鉛の代わりに使用されます。 得られるフィルムは柔軟性があり、軽量で、コスト効率に優れています。 これらは、さまざまな医療施設、原子力、航空宇宙、工業用放射線検査用途に使用できます。 ただし、これらのフィルムの有効性は、遮蔽される放射線の種類と強度によって異なる可能性があることに注意することが重要です1、2。 PVC は他のポリマーに比べて密度が高いため、さまざまなナノ粒子 (NP) 1、2、3、4、5、6 を組み込むことにより、放射線診断エネルギーの範囲でガンマ線を遮蔽するための複合材料を製造するのに適切な選択肢となります。

酸化ビスマス Bi2O3 は、8.9 g/cm3 の高密度を誇る p 型半導体（原子番号 83）です。 この材料が無毒であることは注目に値します。 鉛7と同等のガンマ線遮蔽機能を有することも判明しています。 El-Sharkawy ら 1 は、ガンマ線を遮蔽するための潜在的な解決策として、リサイクル PVC に Bi2O3 NP を組み込むことを報告しました。 また、Maksoud ら 8 は、酸化ビスマス Bi2O3 とナノ金属酸化物フィラーとしてジルコン酸バリウムペロブスカイト BaZrO3 をドープした PVB (柔軟性が高く、軽量、鉛フリー) をベースとした新しいガンマ線遮蔽材料を開発することを意図していました。

五酸化バナジウム V2O5 は、マイクロエレクトロニクス、電気化学、光学デバイスでの使用が大いに期待できる材料です9。 Hou et al.10 によると、V2O5 は光生成キャリアと運動挙動を提供し、材料の紫外線吸収能力を高めます。 Narayanan ら 11 は、V2O5 をポリアニリンポリマーマトリックスに組み込むと、ポリマーナノ複合材料の誘電性能と電磁シールド機能が強化され、同時に V2O5 とポリアニリンの間に非常に効果的な複合ネットワークが開発されると報告しました。