原位制备新型无铅稀土/橡胶屏蔽材料研究

本项目提出利用稀土特性与橡胶材料复合制备新型无铅医用X射线屏蔽材料，通过单一稀土元素和多种稀土元素复配研究，发现和探究出稀土材料的射线屏蔽规律，实现传统含铅屏蔽材料的替代和超越。本项目将重点研究不饱和稀土有机盐制备及其在橡胶基体中的原位反应机制，建立一套可准确表征不饱和稀土有机盐/橡胶复合微观结构特征的科学方法，阐明稀土有机盐原位反应形成纳米粒子的机制和调控方法，确立较全面的复合微观结构与屏蔽性能间的响应关系，解决稀土在橡胶基体中高效分散的关键问题，获得更加精细分散的稀土屏蔽相，减少射线屏蔽空白微区，提高复合材料的屏蔽性能和物理机械性能。以上研究将为新型无铅、质轻、柔软的高性能稀土/橡胶屏蔽材料制备提供重要技术基础。制备的新型射线屏蔽材料可广泛应用于民用射线屏蔽（如核电站、民用X光机及类似医用设施），延伸技术又可应用军用射线屏蔽及太空射线屏蔽等领域。

在国家自然科学基金的资助下，本项目提出利用稀土特性和橡胶材料复合制备新型无铅医用X射线屏蔽材料。按照计划，本项目合成了含钐、钆等几种稀土有机配合物，并详细考察不同合成方法，反应温度、反应配比等对稀土配合物结构的影响。进而通过原位聚合反应制备了稀土/橡胶复合材料。进一步详细通过DSC，IR，XRD等手段考察了不饱和稀土有机物的原位反应机理，通过考察硫化剂种类及用量，稀土有机配合物种类，用量等，阐明了稀土有机物在原位反应过程中形成纳米粒子的机制，建立了一套可表征稀土有机物/橡胶复合材料微观结构的方法。最终通过原位反应技术制备复合材料中，分散的稀土配合物粒径在20-30nm之间，复合材料的力学性能及屏蔽性能均有提升。在本项目研究中，已公开发表论文10篇，申请了4项专利。