Propriedades ópticas e de proteção contra radiação do nanocompósito PVC/BiVO4

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10964 (2023) Citar este artigo

551 Acessos

Detalhes das métricas

Este estudo investiga as propriedades físicas e ópticas, bem como a capacidade de proteção contra radiação do cloreto de polivinila (PVC) carregado com x% de vanadato de bismuto (BiVO4) (x = 0, 1, 3 e 6% em peso). Como nanocarga não tóxica, os materiais projetados são plásticos leves, flexíveis e de baixo custo para substituir o chumbo tradicional, que é tóxico e denso. Padrões de XRD e espectros de FTIR demonstraram uma fabricação e complexação bem-sucedidas de filmes nanocompósitos. Além disso, o tamanho das partículas, a morfologia e a composição elementar do nanocarga BiVO4 foram demonstradas através da utilização dos espectros TEM, SEM e EDX. O código de simulação MCNP5 avaliou a eficácia da blindagem de raios gama de quatro nanocompósitos de PVC + x% BiVO4. Os dados de coeficiente de atenuação de massa obtidos dos nanocompósitos desenvolvidos foram comparáveis ​​ao cálculo teórico realizado com o software Phy-X/PSD. Além disso, a etapa inicial no cálculo de diversos parâmetros de blindagem, como camada de meio valor, camada de décimo valor e caminho livre médio, além da simulação do coeficiente de atenuação linear. O fator de transmissão diminui enquanto a eficiência da proteção contra radiação aumenta com o aumento na proporção de nanocargas BiVO4. Além disso, a presente investigação busca avaliar os valores de equivalente de espessura (Xeq), número atômico efetivo (Zeff) e densidade eletrônica efetiva (Neff) em função da concentração de BiVO4 em uma matriz de PVC. Os resultados obtidos a partir dos parâmetros indicam que a incorporação do BiVO4 ao PVC pode ser uma estratégia eficaz para o desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos sustentáveis ​​e isentos de chumbo, com potenciais utilizações em aplicações de proteção contra radiação.

Filmes nanocompósitos flexíveis de proteção contra radiação sem chumbo baseados em cloreto de polivinila (PVC) são um polímero comumente usado combinado com nanopartículas de metal ou óxido metálico para criar uma camada de proteção contra radiação dentro do filme. Estas nanopartículas são utilizadas em vez de chumbo, pois oferecem propriedades de blindagem comparáveis ​​sem toxicidade. Os filmes resultantes são flexíveis, leves e econômicos. Eles podem ser usados ​​em diversas instalações médicas, energia nuclear, aeroespacial e aplicações de testes radiográficos industriais. Porém, é importante ressaltar que a eficácia desses filmes pode variar dependendo do tipo e da intensidade da radiação que está sendo protegida1,2. Devido à sua alta densidade em comparação com outros polímeros, o PVC pode ser uma escolha apropriada para a produção de materiais compósitos para blindagem de raios gama na faixa de energias de radiodiagnóstico, incorporando diversas nanopartículas (NPs)1,2,3,4,5,6.

O óxido de bismuto Bi2O3 é um semicondutor do tipo p (com número atômico 83) que possui alta densidade de 8,9 g/cm3. Vale ressaltar que este material não é tóxico. Também foi descoberto que possui características de proteção contra raios gama equivalentes ao chumbo7. El-Sharkawy et al.1 relataram a incorporação de NPs de Bi2O3 em PVC reciclado como uma solução potencial para proteção contra radiação gama. Além disso, Maksoud et al.8 pretendiam desenvolver um novo material de proteção contra radiação gama baseado em um PVB (altamente flexível, leve, sem chumbo) dopado com óxido de bismuto Bi2O3 e perovskita de zirconato de bário BaZrO3 como enchimento de óxidos nanometálicos.

O pentóxido de vanádio V2O5 é um material que se mostra bastante promissor para uso em dispositivos microeletrônicos, eletroquímicos e ópticos9. Segundo Hou et al.10, o V2O5 fornece portadores fotogerados e comportamento cinético e aumenta a capacidade do material de absorver radiação ultravioleta. Narayanan et al.11 relataram que a incorporação de V2O5 na matriz polimérica de polianilina melhora o desempenho dielétrico e as características de blindagem eletromagnética de nanocompósitos poliméricos, ao mesmo tempo que desenvolve uma rede composta altamente eficaz entre V2O5 e polianilina.