Es wurden Fortschritte bei der Neutronenabschirmung, einem entscheidenden Aspekt des Strahlenschutzes, erzielt. Dieser Durchbruch wird die Neutronenabschirmungsindustrie revolutionieren, indem er eine kostengünstige Lösung bietet, die auf einer Vielzahl von Materialoberflächen anwendbar ist.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Soon-Yong Kwon von der Graduate School of Semiconductors Materials and Devices Engineering und der Abteilung für Materialwissenschaft und -technik der UNIST hat erfolgreich einen Neutronenabschirmfilm entwickelt, der in der Strahlung vorhandene Neutronen blockieren kann. Dieser innovative Schild ist nicht nur großflächig einsetzbar, sondern auch leicht und flexibel.
Das Papier des Teams ist veröffentlicht im Tagebuch Naturkommunikation.
„Der entwickelte Abschirmfilm aus MXene-Borcarbid-Verbundwerkstoff ist mehrere zehn Mikrometer dick und damit über 1.000 Mal dünner als herkömmliche kommerzielle Materialien“, bemerkte Professor Kwon. „Es lässt sich mühelos auf verschiedene Oberflächen auftragen und ähnelt einem Malvorgang.“
Neutronen, die in der Kernenergieerzeugung, in medizinischen Geräten und in der Luft- und Raumfahrtindustrie eine wesentliche Rolle spielen, bergen bei ihrem Austreten Gefahren in sich. Sie können durch Wechselwirkungen mit anderen Atomen unerwartete Phänomene in elektronischen Geräten oder lebenden Organismen auslösen.
Das Forschungsteam synthetisierte direkt MXene, ein zweidimensionales Nanomaterial und die übergeordneten MAX-Phasen. Darüber hinaus entwickelten sie eine Technik, um Borcarbid in kleine Stücke zu zerteilen, die Neutronen absorbieren können, und sie zwischen den Oberkieferschichten einzubauen. Basierend auf diesem Durchbruch wurde eine großflächige, flexible und leichte Folie entwickelt. Darüber hinaus wurde eine Maltechnik entwickelt, um die entwickelte Mischung auf verschiedene Oberflächen aufzutragen.
Co-Erstautor Ju Hyoung Han, ein Forscher in der Abteilung für Materialwissenschaft und -technik an der UNIST, erklärte: „Durch die Kontrolle der Eigenschaften von MXene und Borcarbid haben wir die Stabilität der Mischungslösung der beiden Materialien verbessert. Wir haben erfolgreich erstellt.“ ein leichter und flexibler Schild mit einer stabilisierten MXene-Bor-Mischung, der wie Farbe auf die Oberflächen verschiedener Objekte aufgetragen werden kann, wie durch Experimente gezeigt wurde.“
Der entwickelte Neutronenschild verfügt über eine dichte Struktur mit minimalen Blasenlöchern, die nur mehrere zehn Nanometer groß sind. Dadurch weist es im Vergleich zu bisher verwendeten Verbundwerkstoffen auf Polymerbasis hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Da zusätzliche Prozesse wie eine Wärmebehandlung entfallen, kann eine reine Mischstruktur ohne Verunreinigungen hergestellt werden.
Co-Erstautor Si-Hyun, Seok, ein Forscher in der Abteilung für Materialwissenschaften und -technik der UNIST, kommentierte: „Selbst nach über 20.000 Biegetests behielt der mit der Abschirmfolie beschichtete Nylonverbundstoff seine Kreisform bis zu 98 % bei.“ Es zeigte selbst bei Milligramm Borcarbid eine außergewöhnliche Neutronenabschirmungsrate (40 % bei Verwendung von 30 mg) und demonstrierte damit seine Überlegenheit.“
Professor Kwon fügte hinzu: „Die neu entwickelte Technologie zur Herstellung von Verbundwerkstoffen ist praktisch und erfordert weder komplexe Geräte noch Prozesse. Sie ermöglicht die Implementierung eines neutronenabschirmenden Beschichtungsfilms mit der gewünschten Dicke und Fläche. Diese Studie wird die Möglichkeiten der MXene-Materialbeschichtungstechnologie erweitern und.“ seine Anwendung in verschiedenen Bereichen demonstrieren.“
Mehr Informationen:
Ju-Hyoung Han et al., Robuste 2D-geschichtete MXene-Matrix-Borcarbid-Hybridfilme zur Abschirmung von Neutronenstrahlung, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42670-z