[发明专利]一种含MOF衍生多孔氧化钆的复合屏蔽材料及制备方法

说明书

本发明公开一种含MOF衍生多孔氧化钆的复合屏蔽材料及制备方法，涉及中子辐射防护领域。该复合屏蔽材料是由以下重量份配比的原料组合而成：环氧树脂1‑100份，固化剂1‑10份，助剂1‑100份，MOF衍生氧化钆1‑100份。其中，多孔氧化钆是通过钆基金属有机骨架材料的高温煅烧热解得到。环氧树脂是中子慢化材料，钆元素是中子吸收材料，而MOF衍生氧化钆的多孔特性有助于其与环氧树脂基体的强相互作用，本发明所提供含MOF衍生氧化钆的复合屏蔽材料不仅具有较好的热中子屏蔽能力，还具有优异的耐热稳定性和机械稳定性。

技术领域

本发明属于核辐射防护、射线屏蔽材料领域，具体涉及一种含MOF衍生多孔氧化钆的复合屏蔽材料及制备方法。

背景技术

核科学与技术的发展导致辐射问题受到越来越广泛的关注，尤其是核反应堆使用过程中的中子射线屏蔽显得尤为重要。中子射线的屏蔽一般选取氢含量高、中子吸收截面大的材料，常用材料包括聚乙烯、含硼聚乙烯、铅硼聚乙烯等。聚乙烯类高分子材料的中子屏蔽效果虽然可以达到要求，但是使用温度较低，一般不超过80℃，所以，有必要研究开发中子屏蔽效果良好且能耐更高温度的中子屏蔽复合材料。

环氧树脂中富含氢元素，用作中子慢化和屏蔽材料有其独特优势：与传统的聚乙烯、含硼聚乙烯、铅硼聚乙烯等相比，环氧树脂具有更高的耐腐蚀、耐热性能，材料使用温度可提高至150至200℃之间，故可在一定程度上延长复合屏蔽材料的服役时间；并且，环氧树脂可以采用简单的浇注成型方法，可以在室温下固化成型，减少成本；因此，选择环氧树脂基屏蔽材料可以在一定程度上弥补聚乙烯类材料的缺陷，同时具有更高的工程实用价值。

许多的稀土元素具有很高的中子吸收截面，被认为是良好的中子吸收材料，如钆和钐元素等，中子吸收截面比常用中子吸收元素硼更高。专利CN107910088A中报道了将各种中重稀土粉体加入到富氢化合物如硅橡胶、聚乙烯、环氧树脂、丙烯酸树脂等高分子聚合物中，制备得到不同用途的稀土基柔性核辐射防护用品。值得注意的是，稀土氧化物的无机特性使得其与有机相的高分子聚合物的相容性差，很难提高复合屏蔽材料中的稀土元素含量。而多孔特性的无机材料由于具有更大的比表面积和更多的活性位点，在一定程度上增强其与高分子材料之间的相互作用，引导高分子的聚合生长，从而有助于获取更高的稀土含量和更优异的高分子机械性能，并进一步提高稀土基高分子复合材料的实际工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种含MOF衍生多孔氧化钆的复合屏蔽材料及制备方法，通过分子设计手段合成不同尺寸形貌及孔径大小的钆基金属有机骨架材料，并在不同气氛环境下(如空气、氮气、氩气、氢气)对钆基金属有机骨架材料进行高温煅烧处理，得到具有多级孔道的纳米氧化钆p-Gd_xO_y。该能够继承和复制钆基金属有机骨架材料的孔特征和形貌特征，利用其多孔特性增加其与高分子基体的接触位点和面积，从而解决无机相与有机相之间的相容性问题；

MOF衍生p-Gd_xO_y材料具有纳米特性，可以更好分散在环氧树脂的合成原料中；原位合成的方法有助于实现MOF衍生p-Gd_xO_y与环氧树脂的有效复合，并且，在不同气氛条件下煅烧得到的p-Gd_xO具有可调节的x:y比值，该比值越大越有利于提高材料中的钆含量，如在充足的氧气存在下，即空气中煅烧，产物一般为p-Gd₂O₃；而在惰性气体如氮气中煅烧，x:y比值会变大。基于此，通过获取具有高钆含量的环氧树脂基屏蔽复合材料，有望解决稀土基高分子复合材料中稀土含量难以提高的问题。

本发明的技术方案为：

一种含MOF衍生多孔氧化钆的复合屏蔽材料，包含：环氧树脂、固化剂、助剂、MOF衍生氧化钆(简写p-Gd_xO_y)；

环氧树脂：1-100重量份