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氮化硼-石墨烯納米片狀泡沫,用于太空探索等

信息來(lái)源:本站 | 發(fā)布日期: 2024-08-24 08:31:35 | 瀏覽量:45579

摘要:

1成果簡(jiǎn)介隨著(zhù)太空探索的推進(jìn),對輕質(zhì)、多功能材料的需求大幅增長(cháng)。本文,佛羅里達國際大學(xué)Arvind Agarwal等研究人員在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“Smart Foams: Boron Nitride-Graphene Nanoplatelet Foams for Tunable Radiation Shielding and …

1成果簡(jiǎn)介

隨著(zhù)太空探索的推進(jìn),對輕質(zhì)、多功能材料的需求大幅增長(cháng)。本文,佛羅里達國際大學(xué)Arvind Agarwal等研究人員在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“Smart Foams: Boron Nitride-Graphene Nanoplatelet Foams for Tunable Radiation Shielding and Strain Sensing”的論文,研究開(kāi)發(fā)了不同氮化硼納米片(BNNP)與石墨烯納米片(GNP)比例的混合二維(2D)材料泡沫,這種泡沫具有雙重功能:中子輻射屏蔽和應變傳感器。

研究了成分、加工、微觀(guān)結構及其產(chǎn)生的中子屏蔽和應變傳感性能之間的關(guān)系。通過(guò)調整 BNNP:GNP 的成分(1:0、3:1、1:1、1:3 和 0:1),可以對混合泡沫的性能進(jìn)行微調。在中子輻射屏蔽方面,混合泡沫的質(zhì)量吸收系數隨著(zhù) BNNP 的添加而增加,純 BNNP 泡沫的質(zhì)量吸收系數達到 14.9 cm2 g-1。這一質(zhì)量吸收系數是純 GNP 泡沫的 1.6 倍,幾乎是鋁的 75 倍。利用基于蒙特卡羅平臺的 Geant4 對輻射屏蔽特性進(jìn)行了模擬,模擬結果顯示出與實(shí)驗結果相似的趨勢?;旌吓菽膽儌鞲刑匦裕ㄍㄟ^(guò)其計度系數測量)隨著(zhù) GNP 濃度的增加而呈指數增長(cháng)。從電絕緣的 BNNP 泡沫開(kāi)始,當 GNP 濃度達到 25% 時(shí),量規因子增加到 53.4,而純 GNP 泡沫的量規因子則達到 201.8。這些發(fā)現凸顯了混合二維材料泡沫在空間探索方面的多功能性。
2圖文導讀
圖1、BNNP/GNP 混合泡沫微觀(guān)結構:a) 100 BNNP,b) 75 BNNP - 25 GNP,c) 25 BNNP - 75 GNP,d) 100 GNP。
圖2、BNNP/GNP 混合泡沫的銦箔放射性衰變
圖3、a) 氮化硼和 b) 石墨烯的中子相互作用機理。
圖4、Geant4 模擬 BNNP/GNP 混合泡沫的中子屏蔽特性。
圖5、BNNP/GNP 混合泡沫的電阻隨壓縮機械應變的相對變化。
圖6、BNNP/GNP 混合泡沫的應變感應機制。
3小結
我們通過(guò)冷凍干燥技術(shù)開(kāi)發(fā)出了超輕質(zhì)的 BNNP/GNP 混合泡沫,其密度為 0.05 ± 0.005 g cm-3,孔隙率為 97.5%。這些由不同成分的 BNNP 和 GNP 制成的混合二維材料泡沫具有雙重功能:中子輻射屏蔽和應變傳感。本研究系統分析了泡沫成分和微結構如何影響應變傳感和中子輻射屏蔽性能的可調性。具體來(lái)說(shuō),我們發(fā)現泡沫的應變靈敏度可通過(guò)增加網(wǎng)絡(luò )中 GNP 的濃度進(jìn)行微調,從而產(chǎn)生 0.0 至 201.8 的量規因子。通過(guò)提高泡沫支架中的 BNNP 濃度,可以增強這些泡沫的中子屏蔽能力。這種調整可實(shí)現 9.33 至 14.89 cm2 g-1 的質(zhì)量吸收系數。我們還研究了在設計這些泡沫時(shí)如何權衡輻射屏蔽和應變敏感性。這種對其特性的控制為定制這些混合泡沫以滿(mǎn)足各種應用(尤其是太空探索及其他應用)的特定要求提供了令人興奮的可能性。

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