Onderzoekers ontwikkelen neutronenafschermende film voor stralingsbescherming

Er is vooruitgang geboekt op het gebied van de neutronenafscherming, een cruciaal aspect van de stralingsbescherming. Deze doorbraak staat klaar om een ​​revolutie teweeg te brengen in de neutronenafschermingsindustrie door een kosteneffectieve oplossing aan te bieden die toepasbaar is op een breed scala aan materiaaloppervlakken.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Soon-Yong Kwon van de Graduate School of Semiconductors Materials and Devices Engineering en het Department of Materials Science and Engineering van UNIST heeft met succes een neutronenafschermingsfilm ontwikkeld die in staat is neutronen die aanwezig zijn in straling te blokkeren. Dit innovatieve schild is niet alleen verkrijgbaar in grote oppervlakken, maar ook lichtgewicht en flexibel.

Het teampapier is gepubliceerd in het journaal Natuurcommunicatie.

“De ontwikkelde MXene-Boroncarbide-composietafschermingsfilm is enkele tientallen micrometers dik, meer dan 1000 keer dunner dan conventionele commerciële materialen”, aldus professor Kwon. “Het kan moeiteloos op verschillende oppervlakken worden aangebracht, wat lijkt op schilderen.”

Neutronen, die een integraal onderdeel zijn van de opwekking van kernenergie, medische apparatuur en de lucht- en ruimtevaartindustrie, brengen inherente gevaren met zich mee als ze lekken. Ze kunnen onverwachte verschijnselen veroorzaken in elektronische apparaten of levende organismen door interacties met andere atomen.

Het onderzoeksteam synthetiseerde direct MXenen, een tweedimensionaal nanomateriaal en de ouder-MAX-fasen. Bovendien bedachten ze een techniek om boorcarbide in kleine stukjes te verdelen die neutronen konden absorberen en deze tussen de maxillaire lagen op te nemen. Op basis van deze doorbraak werd een flexibele en lichtgewicht film met een groot oppervlak ontwikkeld. Verder werd er een schildertechniek bedacht om het ontwikkelde mengsel op diverse ondergronden aan te brengen.

Co-eerste auteur Ju Hyoung Han, een onderzoeker bij de afdeling Materiaalwetenschappen en Techniek bij UNIST, verklaarde: “Door de eigenschappen van MXeen en boorcarbide te controleren, hebben we de stabiliteit van de mengseloplossing van de twee materialen verbeterd. We hebben met succes een licht en flexibel schild met een gestabiliseerd MXeen-boormengsel, dat als verf op de oppervlakken van verschillende objecten kan worden aangebracht, zoals aangetoond door experimenten.”

Het ontwikkelde neutronenschild heeft een dichte structuur met minimale bellengaten en meet slechts enkele tientallen nanometers. Bijgevolg vertoont het uitstekende mechanische eigenschappen vergeleken met eerder gebruikte composieten op polymeerbasis. Omdat aanvullende processen zoals warmtebehandeling niet nodig zijn, kan een zuivere gemengde structuur zonder onzuiverheden worden vervaardigd.

Co-eerste auteur Si-Hyun, Seok, een onderzoeker bij de afdeling Materiaalkunde en Engineering van UNIST, merkte op: “Zelfs na meer dan 20.000 buigtests behield het nyloncomposiet bedekt met de afschermende film zijn ronde vorm tot 98%. Het demonstreerde een uitzonderlijke neutronenafscherming (40% bij gebruik van 30 mg), zelfs met milligram boorcarbide, wat de superioriteit ervan aantoont.”

Professor Kwon voegde hieraan toe: “De nieuw ontwikkelde composietproductietechnologie is praktisch en vereist geen complexe apparatuur of processen. Het maakt de implementatie mogelijk van een neutronenafschermende coatingfilm met de gewenste dikte en oppervlakte. Deze studie zal de mogelijkheden van MXene-materiaalcoatingtechnologie uitbreiden en de toepassing ervan op verschillende terreinen demonstreren.”