数字光处理技术制备硼钙石掺杂聚合物的辐射屏蔽性能及结构特性研究

本文创新性地采用数字光处理（DLP）3D打印技术制备硼钙石（ulexite）掺杂丙烯酸酯复合材料，系统评估其在356-1333 keVγ射线能段的屏蔽性能。研究表明：5wt%硼钙石掺杂使线性衰减系数（LAC）提升25%（0.0360→0.0451 cm-1），半值层（HVL）显著降低，该效应归因于材料有效原子序数和密度的协同提升（1.1551→1.1629 g/cm3），为开发新型环保辐射防护材料提供了技术路径。

　　

亮点

本研究通过数字光处理（DLP）3D打印技术实现硼钙石颗粒在树脂基体中的精准分散，突破传统屏蔽材料加工限制，为定制化辐射防护装备开发提供新范式。

材料与方法

光敏树脂由聚氨酯丙烯酸酯（50wt%）、丙烯酸酯单体（40wt%）、光引发剂（5wt%）和色粉（5wt%）组成，通过梯度掺杂硼钙石（0-5wt%）制备系列样品。采用异丙醇（IPA）进行后处理，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）证实硼钙石晶体结构完整性。

密度演变规律

如图4所示，复合材料密度呈现剂量依赖性增长：未掺杂组1.1551 g/cm³，1wt%组微增至1.1561 g/cm³，3wt%组达1.1598 g/cm³，5wt%组创1.1629 g/cm³峰值。这种"芝麻开花节节高"的密度变化趋势，为解释辐射屏蔽增强现象提供了物质基础。

结论

立体光刻（SLA）3D打印成功构建硼钙石-丙烯酸酯复合材料体系，当掺杂量达5wt%时虽出现颗粒团聚（SEM证实），但材料仍保持优异的机械性能和特征B-O键（FTIR验证）。该工作如同为辐射防护领域打开一扇"任意门"，通过DLP技术实现屏蔽材料性能的精准调控。