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当前辐射防护衣物易损坏且难修复，造成资源浪费和环境影响。研究人员开展用热塑性聚氨酯（TPU）和碘化铋（BiI?）原位复合制备柔性可修复贴片的研究。结果显示，修复后衣物屏蔽效率高，贴片性能良好。这能延长产品寿命，减少浪费。
在现代生活中，医疗 X 射线检查已经成为诊断疾病的重要手段。然而，X 射线就像一把双刃剑，在帮助医生看清人体内部状况的同时，也会对人体细胞造成损伤，尤其是对 DNA 的破坏，严重威胁着人们的健康。为了减少这种伤害，辐射防护衣物应运而生，其中铅橡胶复合材料曾是常用的防护材料。但铅不仅有毒，而且重量大，对环境和人体健康都有潜在危害。于是，科研人员开始寻找铅的替代材料，像铋（Bi）、钨（W）、铈（Ce）、银（Ag）等高原子序数（Z）金属被广泛研究 。虽然这些材料在辐射屏蔽方面展现出一定的潜力，但现有的辐射防护衣物仍然存在不少问题。在日常使用和存放过程中，这些防护衣物很容易因为折叠、弯曲而出现损坏，一旦出现小裂缝或损伤，往往需要整件更换，导致大量完好材料被浪费，既不经济又不环保。正是在这样的背景下，来自国外的研究人员决定开展一项研究，致力于解决辐射防护衣物易损坏且难修复的难题，从而推动辐射防护领域的可持续发展。
研究人员在这项研究中取得了重要成果，相关论文发表在《Applied Materials Today》上。该研究首次提出了一种柔性可修复贴片的制备方法，通过在热塑性聚氨酯（TPU）合成过程中引入碘化铋（BiI?），成功制备出用于修复辐射防护衣物的可修复贴片。研究人员利用热转移方法将制备好的 TPU/BiI?贴片嵌入受损的铅橡胶防护衣物中。结果令人惊喜，修复后的防护衣物（厚度为 1.12 ± 0.026 mm）在 60 kV 和 100 kV 下的屏蔽效率分别达到 94.72% 和 78.95%，分别达到了原始铅橡胶复合材料性能的 98.91% 和 97.56% 。而且，经过各种弯曲测试，转移后的贴片展现出优异的 X 射线屏蔽性能、柔韧性和耐久性。这一成果意义重大，它不仅为受损的辐射防护衣物提供了一种高效的修复方案，还能显著延长产品的使用寿命，减少不必要的材料浪费，为实现辐射防护领域的环保可持续发展开辟了新道路。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是材料合成技术，通过精确控制反应条件，将纯度大于 98.0% 的六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、平均分子量在 950 - 1050 的聚乙二醇（PEG）、1,4 - 丁二醇（BDO）与纯度 99% 的碘化铋（BiI?）纳米粉末在无水二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中进行反应，制备出 TPU/BiI?复合材料。然后采用热转移技术，将制备好的 TPU/BiI?贴片精准地嵌入受损的铅橡胶防护衣物中。最后，利用多种测试技术对修复后的防护衣物进行性能测试，包括不同电压下的 X 射线屏蔽效率测试、弯曲测试以评估柔韧性和耐久性、热稳定性测试等 。
结果与讨论
研究人员制备出的 TPU/BiI?可修复贴片具有独特的结构和性能。在制备过程中，溶解在 DMF 中的 BiI?释放出的 Bi3?、I?离子被引入到 TPU 前驱体中，在聚氨酯键中的 N 与 BiI?中的 Bi 之间形成配位键，这种配位键增强了 BiI?在 TPU 基质中的分散性，使得 BiI?能够均匀地分散在 TPU 中，形成均匀的 TPU/BiI?复合材料。这一独特的结构为修复后的防护衣物提供了良好的性能基础。
从屏蔽性能来看，修复后的防护衣物在不同电压下展现出高屏蔽效率。在 60 kV 和 100 kV 的 X 射线辐射下，屏蔽效率分别达到 94.72% 和 78.95%，与原始铅橡胶复合材料相比，分别达到了其性能的 98.91% 和 97.56% 。这表明该贴片能够有效地修复受损防护衣物的辐射屏蔽性能，使防护衣物在修复后仍能保持良好的防护效果。
在柔韧性和耐久性方面，经过各种弯曲测试，转移后的贴片表现出色。这意味着在实际使用过程中，即使防护衣物受到频繁的弯曲、折叠等机械应力，修复后的部分也能保持良好的性能，不会轻易再次损坏，大大提高了防护衣物的使用寿命。
热稳定性也是该研究关注的重要性能之一。实验表明，制备的可修复贴片在温度低于 300 °C 时能够保持稳定，这一特性使得防护衣物在正常使用环境下，贴片的性能不会因为温度变化而受到明显影响，进一步保证了防护衣物的可靠性。
结论与讨论
在本研究中，研究人员成功开发出一种用于辐射防护材料的修复贴片，利用热转移方法能够轻松修复受损的辐射防护衣物。在热转移过程中，TPU 能够填充受损的缝隙，无论受损形状如何，都能实现良好的修复效果。修复后的防护衣物恢复了超过 97% 的原始性能，并且可修复贴片在低于 300 °C 的温度下能够稳定使用。在合成过程中，由于聚氨酯键中 Bi 与 N 之间的化学相互作用，BiI?能够均匀分散在 TPU 中，为修复贴片和防护衣物提供了优异的性能。
这项研究成果具有重要的意义。从实际应用角度来看，它为辐射防护衣物的修复提供了一种切实可行的解决方案，减少了因衣物损坏而导致的整体更换，大大延长了辐射防护衣物的使用寿命，降低了使用成本。从环保角度出发，减少了材料的浪费，符合可持续发展的理念，对推动辐射防护领域的绿色发展具有重要的示范作用。同时，该研究为其他类似材料的修复和性能提升提供了新的思路和方法，有望在材料科学领域引发更多的创新研究，促进相关产业的发展。
