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氮化硼-石墨烯納米片狀泡沫，用于太空探索等

信息來源：本站 | 發(fā)布日期： 2024-08-24 08:31:35 | 瀏覽量：139806

摘要：

1成果簡介隨著太空探索的推進，對輕質(zhì)、多功能材料的需求大幅增長。本文，佛羅里達國際大學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成果簡介

隨著太空探索的推進，對輕質(zhì)、多功能材料的需求大幅增長。本文，佛羅里達國際大學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、微觀結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生的中子屏蔽和應變傳感性能之間的關(guān)系。通過調(diào)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行微調(diào)。在中子輻射屏蔽方面，混合泡沫的質(zhì)量吸收系數(shù)隨著 BNNP 的添加而增加，純 BNNP 泡沫的質(zhì)量吸收系數(shù)達到 14.9 cm2 g-1。這一質(zhì)量吸收系數(shù)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 對輻射屏蔽特性進行了模擬，模擬結(jié)果顯示出與實驗結(jié)果相似的趨勢?；旌吓菽膽儌鞲刑匦裕ㄍㄟ^其計度系數(shù)測量）隨著 GNP 濃度的增加而呈指數(shù)增長。從電絕緣的 BNNP 泡沫開始，當 GNP 濃度達到 25% 時，量規(guī)因子增加到 53.4，而純 GNP 泡沫的量規(guī)因子則達到 201.8。這些發(fā)現(xiàn)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 混合泡沫微觀結(jié)構(gòu)：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(jié)
我們通過冷凍干燥技術(shù)開發(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(tǒng)分析了泡沫成分和微結(jié)構(gòu)如何影響應變傳感和中子輻射屏蔽性能的可調(diào)性。具體來說，我們發(fā)現(xiàn)泡沫的應變靈敏度可通過增加網(wǎng)絡(luò)中 GNP 的濃度進行微調(diào)，從而產(chǎn)生 0.0 至 201.8 的量規(guī)因子。通過提高泡沫支架中的 BNNP 濃度，可以增強這些泡沫的中子屏蔽能力。這種調(diào)整可實現(xiàn) 9.33 至 14.89 cm2 g-1 的質(zhì)量吸收系數(shù)。我們還研究了在設(shè)計這些泡沫時如何權(quán)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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