[發明專利]一種釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料及制備方法

有效

• 申請號: 201810885540.0
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN108912463B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 黃群英;肖娟定;宋亮亮;毛小東;吳宜燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L87/00;C08K3/22;C08K3/38;G21F1/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

本發明公開了一種釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料及制備方法，涉及中子輻射防護領域。釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料是由釓基金屬有機骨架材料與聚乙烯按照重量比2:1?1:10混合并通過溶劑揮發或熱壓等方式成型的復合材料。釓基金屬有機骨架材料的多孔性和有機無機雜化特性增加了其與聚乙烯的相容性，促使合成的復合材料具有更高的釓含量及釓分散性，而高的釓含量和分散性將會直接影響復合材料的中子屏蔽性能。本發明所提供的釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料具有較高的耐熱穩定性、熱中子屏蔽能力，以及還具有更好的力學性能。

技術領域

本發明屬于核輻射防護、射線屏蔽材料領域，具體涉及一種釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料及制備方法。

背景技術

隨著核能和核反應堆技術的飛速發展，有關核輻射安全、核輻射防護問題受到越來越普遍的關注。為了加強對長期從事輻射設備維修、事故搶險等的操作人員的輻射防護，發展用于防護衣具等的輕質屏蔽復合材料具有極為重要的科研意義與經濟價值。中子輻射是核反應堆輻射的最主要組成部分，一般情況下，經過核反應堆內層結構材料的中子屏蔽作用之后，與人類直接接觸的中子大部分已被慢化成低能中子。低能中子與原子序數越低的原子核會發生彈性碰撞從而繼續被慢化，慢化成熱中子被具有較大中子吸收截面的元素吸收，最終實現中子屏蔽。

由于高分子材料富含低原子序數的氫，是最有效的低能中子慢化材料；與具有較大熱中子吸收截面的元素相結合制備高分子復合屏蔽材料，將有望實現優異的中子屏蔽效果，如授權專利CN107266862A提供了一種用于中子屏蔽的含硼環氧樹脂組合物的制備方法；CN103426492B提供了至少含一種硼化合物的聚乙烯類復合中子屏蔽材料的制備工藝。稀土元素釓具有較大的熱中子(E1eV)吸收截面，如自然形態Gd、¹⁵⁵Gd、¹⁵⁷Gd對能量為25.3meV的熱中子吸收截面分別為45652b、60755b和253763b，均高于常用核素硼的熱中子吸收截面(自然形態B:769b；¹⁰B:3843b)。雖然Gd的密度比B大(Gd粉密度7.8g/cm³，B粉密度2.3g/cm³)，但自然形態下Gd的熱中子吸收截面是B的近60倍，實現相同的屏蔽效果時所需要的Gd的量可少于B的量1個量級以上，故釓/高分子復合材料在中子屏蔽復合材料領域具有良好的應用前景。但是，無機相的釓金屬與有機相的高分子材料之間相容性差，以致釓/高分子復合材料中的釓金屬含量和分散性都很難得到提高，也就造成了該類材料穩定性差、中子屏蔽性能不均勻以及屏蔽性能不佳等問題。因此，如何解決稀土金屬釓與高分子材料的相容性并提高釓在高分子復合材料中的含量及分散性，成為發展高性能中子屏蔽復合材料領域亟待解決的關鍵問題之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料及其制備方法，利用分子設計手段，通過釓的金屬離子與不同類型有機配體的配位作用構筑合成具有多孔特性的釓基金屬有機骨架材料，并利用其多孔性和有機無機雜化特性，建立起無機相與有機相結合的橋梁，解決稀土金屬釓與高分子材料的相容性問題。

釓基金屬有機骨架材料中釓原子之間被有機配體隔離開，可以看成是單分散的量子點，與高分子復合時具有更好的分散性；將釓基金屬有機骨架材料與聚乙烯基體進行充分混合并成型，利用其改善的相容性，綜合提高釓元素在高分子基體中的分散性和含量，以獲取具有高中子屏蔽性能的復合屏蔽材料。

本發明的技術方案為：

一種釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料，包含：釓基金屬有機骨架材料、聚乙烯、助劑；

釓基金屬有機骨架材料：10-100重量份；

聚乙烯：10-100重量份；

助劑：0.2-2重量份。

一種釓基金屬有機骨架復合屏蔽材料制備方法，預先合成不同尺寸形貌的釓基金屬有機骨架材料，與聚乙烯按照一定的質量配比進行充分混合，并加入一定量的工業助劑，將混合后的樣品澆筑到模具中或者熱壓成型。