Proprietà di schermatura ottica e dalle radiazioni del nanocomposito PVC/BiVO4

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10964 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio indaga le proprietà fisiche e ottiche nonché la capacità di schermatura dalle radiazioni del polivinilcloruro (PVC) caricato con x% di vanadato di bismuto (BiVO4) (x = 0, 1, 3 e 6 in peso%). Essendo un nanoriempitivo non tossico, i materiali progettati sono plastica a basso costo, flessibile e leggera per sostituire il piombo tradizionale, che è tossico e denso. I modelli XRD e gli spettri FTIR hanno dimostrato il successo della fabbricazione e della complessazione di film nanocompositi. Inoltre, la dimensione delle particelle, la morfologia e la composizione elementare del nanoriempitivo BiVO4 sono state dimostrate attraverso l'utilizzo di spettri TEM, SEM ed EDX. Il codice di simulazione MCNP5 ha valutato l'efficacia della schermatura dai raggi gamma di quattro nanocompositi PVC + x% BiVO4. I dati ottenuti sul coefficiente di attenuazione di massa dei nanocompositi sviluppati erano paragonabili al calcolo teorico eseguito con il software Phy-X/PSD. Inoltre, la fase iniziale del calcolo di vari parametri di schermatura, come lo strato di mezzo valore, lo strato di decimo valore e il percorso libero medio, oltre alla simulazione del coefficiente di attenuazione lineare. Il fattore di trasmissione diminuisce mentre l’efficienza della radioprotezione aumenta con l’aumento della percentuale di nanoriempitivo BiVO4. Inoltre, la presente indagine cerca di valutare i valori di spessore equivalente (Xeq), numero atomico effettivo (Zeff) e densità elettronica effettiva (Neff) in funzione della concentrazione di BiVO4 in una matrice di PVC. I risultati ottenuti dai parametri indicano che l’incorporazione di BiVO4 nel PVC può essere una strategia efficace per lo sviluppo di nanocompositi polimerici sostenibili e senza piombo, con potenziali usi nelle applicazioni di schermatura dalle radiazioni.

Le pellicole nanocomposite flessibili senza piombo per la schermatura delle radiazioni a base di cloruro di polivinile (PVC) sono un polimero comunemente usato combinato con nanoparticelle di metallo o ossido di metallo per creare uno strato di schermatura contro le radiazioni all'interno della pellicola. Queste nanoparticelle vengono utilizzate al posto del piombo poiché offrono proprietà schermanti comparabili senza tossicità. I film risultanti sono flessibili, leggeri ed economici. Possono essere utilizzati per varie strutture mediche, applicazioni di test radiografici industriali, di energia nucleare, aerospaziali e industriali. Tuttavia, è importante notare che l'efficacia di queste pellicole può variare a seconda del tipo e dell'intensità delle radiazioni schermate1,2. A causa della sua elevata densità rispetto ad altri polimeri, il PVC può essere una scelta appropriata per la produzione di materiali compositi per la schermatura dei raggi gamma nella gamma delle energie radiodiagnostiche incorporando varie nanoparticelle (NP)1,2,3,4,5,6.

L'ossido di bismuto Bi2O3 è un semiconduttore di tipo p (con numero atomico 83) che vanta un'elevata densità di 8,9 g/cm3. È interessante notare che questo materiale non è tossico. È stato anche scoperto che possiede caratteristiche di schermatura dai raggi gamma equivalenti al piombo7. El-Sharkawy et al.1 hanno segnalato l'incorporazione di NP Bi2O3 nel PVC riciclato come potenziale soluzione per la schermatura delle radiazioni gamma. Inoltre, Maksoud et al.8 intendevano sviluppare un nuovo materiale di schermatura dalle radiazioni gamma basato su un PVB (altamente flessibile, leggero, senza piombo) drogato con ossido di bismuto Bi2O3 e perovskite di zirconato di bario BaZrO3 come riempitivo di ossidi di nanometalli.

Il pentossido di vanadio V2O5 è un materiale che mostra notevoli promesse per l'uso in dispositivi microelettronici, elettrochimici e ottici9. Secondo Hou et al.10, V2O5 fornisce trasportatori fotogenerati e comportamento cinetico e migliora la capacità di un materiale di assorbire la radiazione ultravioletta. Narayanan et al.11 hanno riferito che l'incorporazione di V2O5 nella matrice polimerica di polianilina migliora le prestazioni dielettriche e le caratteristiche di schermatura elettromagnetica dei nanocompositi polimerici, sviluppando allo stesso tempo una rete composita altamente efficace tra V2O5 e polianilina.