近日，中國科學院合肥物質科學研究院核能安全技術研究所在金屬有機骨架(MOFs)增韌環氧樹脂中子屏蔽材料方面取得新進展：通過氨基官能團修飾的多孔納米MOFs(UiO-66/UiO-66-NH2)顆粒與環氧樹脂(EP)化學共混形成互穿網絡，合成了具有優良屏蔽效果和綜合力學性能的復合屏蔽材料，建立了環氧樹脂復合材料微觀組織與力學行為的關系，相關成果發表在國際期刊Materials Letters上。
環氧樹脂(EP)具有抗中子輻照損傷、抗酸堿腐蝕及高強度等特性，在核能領域的輕量化中子屏蔽材料、線圈絕緣防護等方面具有重要應用。由于環氧樹脂高分子鏈交聯密度過大，外載荷作用下難以滑動，易發生脆性斷裂。如何在確保材料高強度的基礎上增強其韌性并提高綜合力學性能，是環氧樹脂在先進核能系統結構功能一體化屏蔽材料應用的一大挑戰。研究人員制備出MOF/環氧樹脂復合材料，分析提出三種增韌機理，即多孔MOF與環氧樹脂形成互穿網絡，MOF中氨基與樹脂環氧基團形成化學鍵合，以及MOF本身的納米尺寸效應。研究結果表明，屏蔽材料的拉伸性能和硬度均得到有效提升，其服役安全性得到保障。相關研究成果為先進核能系統輕量化高性能中子屏蔽材料研發提供了新途徑。
該研究工作得到國家自然科學基金、中科院百人計劃、安徽省自然科學基金等的資助。
MOFs/EP復合材料合成示意圖
MOFs/EP復合材料拉伸強度、拉斷伸長率和邵氏硬度
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