微米板Sm₂O₃填料增强HDPE复合材料的制备及中子和伽马辐射屏蔽性能

摘要

分别采用合成的Sm₂O₃（Sm₂O₃-Ⅰ）填料与商用Sm₂O₃（Sm₂O₃-Ⅱ）填料制备了Sm₂O₃/碳化硼（B4C）/高密度聚乙烯（HDPE）复合材料,并用于中子和伽马辐射屏蔽. X射线衍射（XRD）结果表明, Sm₂O₃-Ⅰ填料属于立方晶系、体心立方晶格、 Ia■（206）空间群;而Sm₂O₃-Ⅱ填料中存在两种物相,一种为单斜晶系、简单单斜格子、 C2/m（12）空间群,另一种为立方晶系、体心立方晶格、 Ia■（206）空间群.场发射扫描电子显微镜（FESEM）和比表面积分析结果表明, Sm₂O₃-Ⅰ填料微观形貌为带狭缝的微米板结构,其Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积(S_BET)为5.15 m²/g; Sm₂O₃-Ⅱ填料中存在由两种物相导致的板状团聚体与无特定形貌团聚体两种微观形貌,其SBET为2.47 m²/g.合成的微米板Sm₂O₃-Ⅰ/B₄C/HDPE复合材料的熔融温度（T_p）和屈服应力（σ_y）分别为140.6℃和22.6MPa,优于商用Sm₂O₃-Ⅱ/B4C/HDPE复合材料.中子和伽马辐射屏蔽测试结果表明,尺寸均一且具有高BET比表面积的微米板Sm₂O₃-Ⅰ填料可提高复合材料的中子和伽马辐射屏蔽性能.厚度为15 cm的10%Sm₂O₃-Ⅰ/20%B₄C/70%HDPE（质量分数）复合材料对²⁵²Cf中子源的中子屏蔽率达98.4%,对¹³⁷Cs伽马源的伽马辐射屏蔽率达71.7%,均高于采用商用Sm₂O₃-Ⅱ作为填料的复合材料.

关键词

Sm₂O₃ / 复合材料 / 中子 / 伽马 / 辐射屏蔽