Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và hạt nhân đi kèm với việc tăng cường khả năng tiếp xúc với bức xạ ion hóa năng lượng cao. Vì vậy, hiệu suất của vật liệu che chắn bức xạ cần phải được cải thiện để kéo dài tuổi thọ của các thiết bị hoạt động với bức xạ, liều kế và đảm bảo an toàn cho nhân viên. Do đó, việc phát triển các vật liệu nhẹ mới có mật độ electron cao trở nên cấp thiết để giảm bớt rủi ro bức xạ. Trong nghiên cứu này, vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy (CH3NH3PbI3/epoxy) mới đã được chế tạo thành công thông qua kỹ thuật mặt phẳng tinh thể. Những vật liệu tổng hợp này mang lại hiệu quả che chắn bức xạ rất tốt với tia gamma 59,5 keV. Hệ số suy giảm tuyến tính cao (1,887 cm−1) và hệ số suy giảm khối lượng (1,352 cm2/g) đã đạt được đối với hỗn hợp MAPbI3/epoxy cao hơn 10 lần so với epoxy. Các tính toán lý thuyết chỉ ra rằng mật độ electron của vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy tăng đáng kể khi tỷ lệ hàm lượng của mặt phẳng (110) trong MAPbI3 tăng. Kết quả là, khả năng va chạm giữa tia gamma tới và electron trong vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy đã được tăng cường. Công trình cung cấp phương pháp mới để thiết kế và phát triển các vật liệu che chắn bức xạ hiệu quả cao.
Tia gamma có thể gây ra tổn thương nghiêm trọng cho cơ thể con người. Vì vậy, việc phát triển các vật liệu che chắn tia gamma với đặc tính che chắn bức xạ tốt là rất quan trọng. Để đạt được mục tiêu này, các nhà khoa học ở Trung Quốc đã phát minh ra hỗn hợp perovskite/epoxy nhẹ có thể làm giảm tia gamma rất hiệu quả bằng cách điều chỉnh mặt phẳng tinh thể của nó. Kỹ thuật này mở ra những con đường mới trong việc giảm rủi ro bức xạ một cách hiệu quả trong ngành hàng không vũ trụ và hạt nhân.
Sự phát triển nhanh của các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và hạt nhân đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về tuổi thọ của các thiết bị hoạt động với bức xạ, liều kế và đảm bảo an toàn cho nhân viên. Trong môi trường không gian, nhiều loại bức xạ ion hóa khác nhau có thể làm hỏng máy dò trên tàu vũ trụ. Hơn nữa, trong ngành công nghiệp hạt nhân và lĩnh vực y học hạt nhân, tác hại do bức xạ tương tự có thể gây ra các vấn đề sức khỏe cho nhân viên, như chóng mặt, mệt mỏi, chán ăn, rụng tóc và các phản ứng bất lợi khác.
Cách tiếp cận chính để giảm thiểu rủi ro bức xạ là rút ngắn thời gian tiếp xúc với nguồn bức xạ, tăng khoảng cách với nguồn bức xạ và sử dụng vật liệu che chắn. Trong đó, việc sử dụng vật liệu che chắn là phương pháp hiệu quả nhất. Tia X và tia γ có bước sóng ngắn là những dạng bức xạ ion hóa năng lượng cao điển hình có khả năng xuyên thấu mạnh nhất. Các vật liệu che chắn tia X/γ thường được sử dụng là những vật liệu có số nguyên tử (Z) cao, chẳng hạn như chì, vonfram, tantalum và bê tông, nhưng mật độ cao của chúng cản trở nhiều ứng dụng thương mại. Do đó, cần phải tìm ra các vật liệu nhẹ thay thế có hiệu suất che chắn bức xạ tốt giúp giảm bớt rủi ro bức xạ và giảm chi phí.
Kỹ thuật mặt phẳng tinh thể điều chỉnh hiệu suất che chắn tia gamma của vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy (Nguồn: Kai Cui, Yang Li, Wenjing Wei, Qianqian Teng, Tianyu Zhang, Jinzhu Wu, Hongjun Kang, Wei Qin và Xiaohong Wu)
Trong một bài báo mới đăng trên tạp chí Light: Advanced Manufacturing, nhóm các nhà khoa học do GS. Xiaohong Wu từ Trường Hóa học và Kỹ thuật Hóa học, Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân, Trung Quốc và các đồng nghiệp đã phát triển hỗn hợp MAPbI3/epoxy nhẹ được điều chế bằng phương pháp kỹ thuật mặt phẳng tinh thể. Những vật liệu tổng hợp này mang lại hiệu quả che chắn bức xạ rất cao, chống lại tia gamma gấp 10 lần so với epoxy. MAPbI3 với các mặt phẳng tinh thể bị thay đổi đóng vai trò quyết định đến hiệu suất che chắn tia gamma của vật liệu tổng hợp tương ứng. Kỹ thuật mặt phẳng tinh thể đã được chứng minh là phương pháp hiệu quả để điều chỉnh mật độ electron của vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy, từ đó kiểm soát khả năng va chạm giữa các tia gamma tới và vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy. Phương pháp và kỹ thuật được báo cáo sẽ mở ra con đường mới cho việc thiết kế và phát triển các vật liệu che chắn bức xạ hiệu quả cao.
Sơ đồ thiết kế và đặc điểm hình thái a) minh họa các tinh thể vi mô MAPbI3 và vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy; b) Ảnh SEM của MAPbI3; c−e Ánh xạ EDS của Pb, I và N tương ứng (Nguồn: Kai Cui, Yang Li, Wenjing Wei, Qianqian Teng, Tianyu Zhang, Jinzhu Wu, Hongjun Kang, Wei Qin và Xiaohong Wu)
Khi tia gamma (59,5 keV) chạm tới vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy, sự tương tác giữa tia gamma tới và mặt phẳng (110) hoặc mặt phẳng (220) gây ra hiệu ứng quang điện. Mật độ electron của mặt phẳng (110) cao hơn mặt phẳng (220). Do đó, có thể suy ra rằng sự suy giảm của tia gamma tới bởi mặt phẳng (110) lớn hơn mặt phẳng (220) do va chạm hiệu quả hơn giữa các photon tới và các electron ngoài hạt nhân. Nói cách khác, vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy với nhiều mặt phẳng (110) hơn cho thấy hiệu suất che chắn tia gamma được tốt hơn. Kỹ thuật mặt phẳng tinh thể là phương pháp hiệu quả để chế tạo vật liệu tổng hợp MAPbI3/epoxy với mục đích nâng cao hiệu suất che chắn tia gamma bằng cách tăng mật độ electron.
Từ khóa: bức xạ; MAPbI3; epoxy; che chắn bức xạ;
– CMD&DND –
