Ett framsteg inom neutronavskärmning, en kritisk aspekt av strålskydd, har uppnåtts. Detta genombrott är redo att revolutionera neutronavskärmningsindustrin genom att erbjuda en kostnadseffektiv lösning som kan tillämpas på ett brett utbud av materialytor.
Ett forskarlag, ledd av professor Soon-Yong Kwon vid Graduate School of Semiconductors Materials and Devices Engineering och Institutionen för materialvetenskap och teknik vid UNIST har framgångsrikt utvecklat en neutronavskärmande film som kan blockera neutroner som finns i strålning. Denna innovativa sköld är inte bara tillgänglig i stora ytor utan också lätt och flexibel.
Teamets artikel publiceras i tidskriften Nature Communications .
"Den utvecklade MXene-borkarbidkompositfilmen är flera tiotals mikrometer tjock, över 1 000 gånger tunnare än konventionella kommersiella material", konstaterade professor Kwon. "Det kan enkelt appliceras på olika ytor, som liknar målningshandlingen."
Neutroner, som är integrerade i kärnkraftsproduktion, medicinsk utrustning och flygindustri, har inneboende faror när de läcker. De kan utlösa oväntade fenomen i elektroniska enheter eller levande organismer genom interaktioner med andra atomer.
Forskargruppen syntetiserade direkt MXenes, ett tvådimensionellt nanomaterial och de överordnade MAX-faserna. Dessutom utarbetade de en teknik för att dela borkarbid i små bitar som kan absorbera neutroner och införlivade dem mellan maxillära skikten. Baserat på detta genombrott utvecklades en stor yta, flexibel och lätt film. Dessutom utarbetades en målningsteknik för att applicera den utvecklade blandningen på olika ytor.
Medförfattaren Ju Hyoung Han, en forskare vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid UNIST, sa:"Genom att kontrollera egenskaperna hos MXene och borkarbid förbättrade vi stabiliteten hos blandningslösningen av de två materialen. Vi skapade framgångsrikt en lätt och flexibel sköld med en stabiliserad MXene-borblandning, som kan appliceras som färg på olika föremåls ytor, vilket demonstrerats genom experiment."
Den utvecklade neutronskölden har en tät struktur med minimala bubbelhål, som bara mäter flera tiotals nanometer. Följaktligen uppvisar den utmärkta mekaniska egenskaper jämfört med tidigare använda polymerbaserade kompositer. Eftersom ytterligare processer som värmebehandling är onödiga kan en ren blandad struktur utan föroreningar tillverkas.
Den första författaren Si-Hyun, Seok, en forskare vid Institutionen för materialvetenskap och teknik vid UNIST, kommenterade, "Även efter över 20 000 böjtester behöll nylonkompositen belagd med skärmningsfilmen sin cirkulära form upp till 98%. Den visade en exceptionell neutronavskärmningsgrad (40 % vid användning av 30 mg) även med milligram borkarbid, vilket visar på dess överlägsenhet."
Professor Kwon tillade, "Den nyutvecklade komposittillverkningstekniken är praktisk och kräver varken komplex utrustning eller processer. Den möjliggör implementering av en neutronavskärmande beläggningsfilm med önskad tjocklek och yta. Denna studie kommer att utöka möjligheterna för MXene-materialbeläggningsteknik och demonstrera dess tillämpning inom olika områden."
Mer information: Ju-Hyoung Han et al, Robusta 2D-skiktade MXene-matris-borkarbidhybridfilmer för neutronstrålningsskärmning, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42670-z
Tillhandahålls av Ulsan National Institute of Science and Technology
