[發明專利]用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310021277.8
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103093844A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 李興冀;芮二明;何世禹;楊劍群
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G21F1/02
• 分類號: G21F1/02;G21F1/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及用于空間帶電粒子輻射防護的復合材料及其制備方法和應用的領域。?

背景技術

對于航天器的設計，空間帶電粒子輻射防護材料一直以來是重要的研究課題，傳統的輻射防護材料以鋁為主。為了達到防輻射效果，必須增加鋁防護層的厚度，從而使航天器的重量增加，航天器輕量化問題一直是設計師們關注的熱點問題。研究表明，含氫輕元素在抵抗輻射損傷方面比重元素更加有效，也就是說輻射防護效率隨著原子序數的降低呈增加趨勢。理論上，液氫具有最好的防護效率，但是實際應用時并不可行，可以將材料的含氫量作為衡量材料防護效率的一個標準。?

聚乙烯分子中含有一個碳原子、兩個氫原子，具有非常高的氫含量，因此具有較高的輻射防護效率。然而，在現有的輻射防護材料方法制備得到的在聚乙烯輻射防護材料時，由于其熱穩定性較差，嚴重制約其使用范圍。?

發明內容

本發明是要解決現有的輻射防護材料方法制備得到的輻射防護材料，鋁防護層存在密度大而導致使用的重量大，采用聚乙烯材料做為輻射防護材料時存在著由于其熱穩定性較差，嚴重制約其使用范圍的問題，而提供了用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料及其制備方法和應用。?

用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料，按重量份數是由1份~100份的聚乙烯樹脂、1份~10份的碳納米管、5份~50份的納米鉭和0.5份~20份的偶聯劑制備而成。?

用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料的制備方法，具體是按以下步驟進行的：?

一、按重量份數稱取1份~100份的聚乙烯樹脂、1份~10份的碳納米管、5份~50份的納米鉭、0.5份~20份的偶聯劑和2份~5份的乙醇；?

二、將步驟一稱取的碳納米管和納米鉭混合均勻后，加入到步驟一稱取的乙醇中，均勻分散，得到均勻分散的碳納米管和納米鉭的混合液；?

三、向步驟二得到的均勻分散的碳納米管和納米鉭的混合液中，加入步驟一稱取的偶?聯劑，在50℃~140℃的溫度下，以80r/min~120r/min的攪拌速率，攪拌1h~15h，然后，過濾、烘干，得到固體混合物；?

四、將步驟一稱取的聚乙烯樹脂與步驟三得到的固體混合物混合均勻，然后，在175℃~240℃的溫度和5MPa~45MPa的機械壓力下，壓制1min~40min，即得到用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料。?

用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料的應用，是將該材料用于防護空間質子和電子輻射。?

本發明具有以下優點：?

一、本發明提供的用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料的制備方法制備得到的輻射防護材料，由于采用的是聚乙烯做為輻射防護材料，使其密度大大降低，有效的解決了鋁防護層重量大的弊端；?

二、本發明提供的用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料的制備方法制備得到的輻射防護材料，由于摻雜了碳納米管和納米鉭，使得聚乙烯復合材料相對于純聚乙烯的熱穩定性有了很大的提高，提高了10%~40%；?

三、本發明提供的用于空間帶電粒子輻射防護的摻雜碳納米管和納米鉭的聚乙烯復合材料的制備方法制備得到的輻射防護材料在應用于防護空間質子和電子輻射時，經過電子輻照后探測器吸收穿過材料后的劑量，相對于純鋁降低了0.1倍~0.5倍，防護質子效率相對于純鋁提高了35%~65%。?

附圖說明

圖1為試驗一得到的輻射防護材料Ⅰ和現有的純聚乙烯進行熱重分析對比圖。其中，實線為輻射防護材料Ⅰ，虛線為純聚乙烯。?

圖2為試驗一得到的輻射防護材料Ⅰ和現有的純鋁進行電子輻照對比圖。其中，實線為輻射防護材料Ⅰ，虛線為純鋁。?

圖3為試驗一得到的輻射防護材料Ⅱ和現有的純鋁進行質子輻照防護對比圖。其中，實線為輻射防護材料Ⅱ，虛線為純鋁。?

圖4為試驗一得到的輻射防護材料Ⅱ和現有的純聚乙烯進行熱重分析對比圖。其中，實線為輻射防護材料Ⅱ，虛線為純聚乙烯。?

圖5為試驗一得到的輻射防護材料Ⅱ和現有的純鋁進行電子輻照對比圖。其中，實線為輻射防護材料Ⅱ，虛線為純鋁。?

圖6為試驗一得到的輻射防護材料Ⅱ和現有的純鋁進行質子輻照防護對比圖。其中，?實線為輻射防護材料Ⅱ，虛線為純鋁。?