[发明专利]一种钆基金属有机骨架复合屏蔽材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种钆基金属有机骨架复合屏蔽材料及制备方法，涉及中子辐射防护领域。钆基金属有机骨架复合屏蔽材料是由钆基金属有机骨架材料与聚乙烯按照重量比2:1‑1:10混合并通过溶剂挥发或热压等方式成型的复合材料。钆基金属有机骨架材料的多孔性和有机无机杂化特性增加了其与聚乙烯的相容性，促使合成的复合材料具有更高的钆含量及钆分散性，而高的钆含量和分散性将会直接影响复合材料的中子屏蔽性能。本发明所提供的钆基金属有机骨架复合屏蔽材料具有较高的耐热稳定性、热中子屏蔽能力，以及还具有更好的力学性能。

技术领域

本发明属于核辐射防护、射线屏蔽材料领域，具体涉及一种钆基金属有机骨架复合屏蔽材料及制备方法。

背景技术

随着核能和核反应堆技术的飞速发展，有关核辐射安全、核辐射防护问题受到越来越普遍的关注。为了加强对长期从事辐射设备维修、事故抢险等的操作人员的辐射防护，发展用于防护衣具等的轻质屏蔽复合材料具有极为重要的科研意义与经济价值。中子辐射是核反应堆辐射的最主要组成部分，一般情况下，经过核反应堆内层结构材料的中子屏蔽作用之后，与人类直接接触的中子大部分已被慢化成低能中子。低能中子与原子序数越低的原子核会发生弹性碰撞从而继续被慢化，慢化成热中子被具有较大中子吸收截面的元素吸收，最终实现中子屏蔽。

由于高分子材料富含低原子序数的氢，是最有效的低能中子慢化材料；与具有较大热中子吸收截面的元素相结合制备高分子复合屏蔽材料，将有望实现优异的中子屏蔽效果，如授权专利CN107266862A提供了一种用于中子屏蔽的含硼环氧树脂组合物的制备方法；CN103426492B提供了至少含一种硼化合物的聚乙烯类复合中子屏蔽材料的制备工艺。稀土元素钆具有较大的热中子(E1eV)吸收截面，如自然形态Gd、¹⁵⁵Gd、¹⁵⁷Gd对能量为25.3meV的热中子吸收截面分别为45652b、60755b和253763b，均高于常用核素硼的热中子吸收截面(自然形态B:769b；¹⁰B:3843b)。虽然Gd的密度比B大(Gd粉密度7.8g/cm³，B粉密度2.3g/cm³)，但自然形态下Gd的热中子吸收截面是B的近60倍，实现相同的屏蔽效果时所需要的Gd的量可少于B的量1个量级以上，故钆/高分子复合材料在中子屏蔽复合材料领域具有良好的应用前景。但是，无机相的钆金属与有机相的高分子材料之间相容性差，以致钆/高分子复合材料中的钆金属含量和分散性都很难得到提高，也就造成了该类材料稳定性差、中子屏蔽性能不均匀以及屏蔽性能不佳等问题。因此，如何解决稀土金属钆与高分子材料的相容性并提高钆在高分子复合材料中的含量及分散性，成为发展高性能中子屏蔽复合材料领域亟待解决的关键问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种钆基金属有机骨架复合屏蔽材料及其制备方法，利用分子设计手段，通过钆的金属离子与不同类型有机配体的配位作用构筑合成具有多孔特性的钆基金属有机骨架材料，并利用其多孔性和有机无机杂化特性，建立起无机相与有机相结合的桥梁，解决稀土金属钆与高分子材料的相容性问题。

钆基金属有机骨架材料中钆原子之间被有机配体隔离开，可以看成是单分散的量子点，与高分子复合时具有更好的分散性；将钆基金属有机骨架材料与聚乙烯基体进行充分混合并成型，利用其改善的相容性，综合提高钆元素在高分子基体中的分散性和含量，以获取具有高中子屏蔽性能的复合屏蔽材料。

本发明的技术方案为：

一种钆基金属有机骨架复合屏蔽材料，包含：钆基金属有机骨架材料、聚乙烯、助剂；

钆基金属有机骨架材料：10-100重量份；

聚乙烯：10-100重量份；

助剂：0.2-2重量份。

一种钆基金属有机骨架复合屏蔽材料制备方法，预先合成不同尺寸形貌的钆基金属有机骨架材料，与聚乙烯按照一定的质量配比进行充分混合，并加入一定量的工业助剂，将混合后的样品浇筑到模具中或者热压成型。