Propriétés optiques et de protection contre les rayonnements du nanocomposite PVC/BiVO4

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10964 (2023) Citer cet article

551 Accès

Détails des métriques

Cette étude examine les propriétés physiques et optiques ainsi que la capacité de protection contre les rayonnements du chlorure de polyvinyle (PVC) chargé de x % de vanadate de bismuth (BiVO4) (x = 0, 1, 3 et 6 % en poids). En tant que nanocharge non toxique, les matériaux conçus sont du plastique peu coûteux, flexible et léger pour remplacer le plomb traditionnel, toxique et dense. Les modèles XRD et les spectres FTIR ont démontré une fabrication et une complexation réussies de films nanocomposites. De plus, la taille des particules, la morphologie et la composition élémentaire de la nanocharge BiVO4 ont été démontrées grâce à l'utilisation des spectres TEM, SEM et EDX. Le code de simulation MCNP5 a évalué l’efficacité de protection contre les rayons gamma de quatre nanocomposites PVC + x% BiVO4. Les données obtenues sur le coefficient d'atténuation de masse des nanocomposites développés étaient comparables au calcul théorique effectué avec le logiciel Phy-X/PSD. De plus, l'étape initiale du calcul de divers paramètres de blindage, tels que la couche de demi-valeur, la couche de dixième valeur et le libre parcours moyen, outre la simulation du coefficient d'atténuation linéaire. Le facteur de transmission diminue tandis que l’efficacité de la radioprotection augmente avec l’augmentation de la proportion de nanocharge BiVO4. En outre, l'enquête actuelle vise à évaluer les valeurs d'épaisseur équivalente (Xeq), de numéro atomique effectif (Zeff) et de densité électronique effective (Neff) en fonction de la concentration de BiVO4 dans une matrice de PVC. Les résultats obtenus à partir des paramètres indiquent que l'incorporation de BiVO4 dans le PVC peut constituer une stratégie efficace pour développer des nanocomposites polymères durables et sans plomb, avec des utilisations potentielles dans des applications de protection contre les rayonnements.

Les films nanocomposites flexibles de protection contre les rayonnements sans plomb à base de polychlorure de vinyle (PVC) sont un polymère couramment utilisé combiné à des nanoparticules de métal ou d'oxyde métallique pour créer une couche de protection contre les rayonnements à l'intérieur du film. Ces nanoparticules sont utilisées à la place du plomb car elles offrent des propriétés de blindage comparables sans toxicité. Les films résultants sont flexibles, légers et économiques. Ils peuvent être utilisés pour diverses applications de tests radiographiques dans les installations médicales, l’énergie nucléaire, l’aérospatiale et l’industrie. Cependant, il est important de noter que l’efficacité de ces films peut varier en fonction du type et de l’intensité du rayonnement protégé1,2. En raison de sa densité élevée par rapport à d'autres polymères, le PVC peut être un choix approprié pour produire des matériaux composites destinés à la protection contre les rayons gamma dans la gamme des énergies de radiodiagnostic en incorporant diverses nanoparticules (NP)1,2,3,4,5,6.

L'oxyde de bismuth Bi2O3 est un semi-conducteur de type p (de numéro atomique 83) qui présente une densité élevée de 8,9 g/cm3. Il est à noter que ce matériau est non toxique. Il s’est également avéré qu’il possède des caractéristiques de protection contre les rayons gamma équivalentes à celles du plomb7. El-Sharkawy et al.1 ont signalé l'incorporation de NP Bi2O3 dans le PVC recyclé comme solution potentielle pour protéger contre les rayonnements gamma. En outre, Maksoud et al.8 avaient l'intention de développer un nouveau matériau de protection contre les rayonnements gamma basé sur un PVB (très flexible, léger, sans plomb) dopé avec de l'oxyde de bismuth Bi2O3 et du pérovskite de zirconate de baryum BaZrO3 comme charge d'oxydes nanométalliques.

Le pentoxyde de vanadium V2O5 est un matériau très prometteur pour une utilisation dans les dispositifs microélectroniques, électrochimiques et optiques9. Selon Hou et al.10, le V2O5 fournit des supports photogénérés et un comportement cinétique et améliore la capacité d'un matériau à absorber le rayonnement ultraviolet. Narayanan et al.11 ont rapporté que l'incorporation de V2O5 dans la matrice polymère polyaniline améliore les performances diélectriques et les caractéristiques de blindage électromagnétique des nanocomposites polymères tout en développant un réseau composite très efficace entre V2O5 et polyaniline.