采用分层结构设计的柔性生物质复合材料，用于一体化的中子减速与吸收过程

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Hierarchically engineered flexible biomass composites for integrated neutron moderation–absorption

　　

摘要

开发既能实现高效辐射屏蔽又能具备优异机械性能的柔性材料仍然是一个巨大的挑战。传统的柔性复合材料存在内在局限性，因为有效中子衰减所需的高填料含量往往会引发严重的强度下降和较差的界面相容性，从而影响结构完整性。在本文中，我们提出了一种基于生物模板的策略，利用天然皮革（NL）固有的分层胶原纤维网络来制备一种兼具快速中子衰减和热中子吸收功能的柔性集成材料。胶原基体的多尺度纤维结构以及丰富的表面官能团使得钨（W）纳米颗粒和钆（Gd）离子能够均匀嵌入其中，而界面工程则增强了与富含氢（H）的生物支架之间的牢固结合。这种三元W–H–Gd系统实现了能量域间的衰减与吸收协同效应，在中等填料含量下，其屏蔽效率显著高于聚乙烯（PE）等对比材料。关键在于，这种分层和界面设计有效缓解了高填料含量复合材料的典型机械性能退化问题，使得WGd/NL材料的拉伸强度达到10.8 MPa，柔软度为4.9 mm——均优于PE。这项工作为解决保护效率与机械强度之间的固有矛盾提供了一个新的范例，为极端辐射环境下的柔性纤维基屏蔽材料的发展开辟了可持续的路径。