近日，中科院合肥研究院核能安全所黃群英研究員課題組在含釤環(huán)氧樹脂中子屏蔽材料研制方面取得新進(jìn)展。由于目前現(xiàn)有輕型屏蔽材料存在耐熱性差的問題，研究人員利用APTES對(duì)Sm₂O₃顆粒進(jìn)行化學(xué)改性并與耐高溫基體AFG-90H環(huán)氧樹脂物理共混的方式，制備出具有高熱穩(wěn)定性的復(fù)合中子屏蔽材料Sm₂O₃-APTES/AFG-90H的方法。相關(guān)成果發(fā)表在國際聚合物領(lǐng)域期刊Polymers上。 

　　先進(jìn)核能系統(tǒng)對(duì)中子屏蔽材料提出了更高的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和高效中子屏蔽性能要求，填料在聚合物中的彌散分布和良好相容性可確保環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的綜合性能。為了研發(fā)具有更高性能的中子屏蔽材料，研究人員采用新型高性能環(huán)氧樹脂AFG-90H和Sm₂O₃分別作為基體和填料，通過使用本所自主研發(fā)的蒙特卡羅粒子輸運(yùn)軟件對(duì)屏蔽材料進(jìn)行成分優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上采用APTES化學(xué)改性工藝對(duì)Sm₂O₃顆粒進(jìn)行表面處理，改善了填料在樹脂中的分散性及相容性。研究結(jié)果表明，當(dāng)Sm₂O₃-APTES的添加量為30 wt%時(shí)，復(fù)合材料的初始熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和楊氏模量較基體均有明顯提升。通過分析復(fù)合材料拉伸斷面形貌，該研究闡明了復(fù)合材料強(qiáng)韌化機(jī)理，以及針對(duì)Sm₂O₃-APTES低添加量下的分散應(yīng)力效應(yīng)和高添加量下的能量耗散效應(yīng)。

       相關(guān)研究成果為先進(jìn)核能系統(tǒng)輕量化耐高溫中子屏蔽材料研發(fā)提供了工程化解決方案，也為先進(jìn)核能系統(tǒng)高性能中子屏蔽材料研發(fā)提供了新思路。 　　

       本研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。 

　　本文連接：https://www.mdpi.com/2073-4360/14/3/638 

　　圖1 Sm₂O₃-APTES/AFG-90H復(fù)合材料的熱性能： 

　　a) TGA；b) DTG；c) DSC；d) T_g變化趨勢 

　　

　　圖2 不同 Sm₂O₃-APTES 含量復(fù)合材料拉伸斷裂表面SEM 表征 

　　（a-f）：0、5、10、15、20 和 30 wt%