电磁辐射辐射防护的研究进展

电磁辐射辐射防护的研究进展

1辐射防护纤维和织物的发展1.1能量衰减损耗磁体辐射是指以30.30hz频率为特征的磁体能量向外发射。电磁波在传播途中遇到障碍物时,受障碍物的反射和吸收作用,能量发生衰减。电磁波入射到物体上的能量损耗包括表面反射损耗,内部吸收损耗和多次反射损耗。在一定电磁波频率和材料厚度的条件下,材料的导电率增加,反射损耗和吸收损耗都增加,电磁波能量衰减增加。吸波材料主要是利用材料的吸收损耗而要尽量减小反射损耗。减小表面反射也就是尽量要达到阻抗匹配。而屏蔽材料既利用了材料的反射损耗也利用了材料的吸收损耗。1.2辐射防护纤维及其材料1.2.1独立涂层的种类无论是吸波材料还是屏蔽材料大多数是以单层或多层的涂层形式出现的,而以纤维这种独立形式出现的则报道很少。最早出现的防电磁辐射纤维是美国Brunswick公司的金属纤维Brunsmet1.2.2用金属涂层纤维和织物在合成纤维表面沉积金属可制得金属镀层纤维,金属层的厚度为0.02～2.50μm,纤维的比电阻降至101.2.3覆盖金属纤维和织物采用金属络合物处理聚合物纤维也可制成比电阻1Ω·cm以下的纤维,具体数值取决于金属盐的种类1.2.4导电聚合物纤维1977年美国科学家A.F.Heeger发现聚乙炔掺杂后具有导电性以来,结构型导电聚合物的研究取得了很大的进展。聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等系列结构型导电聚合物已相继合成,成为防电磁辐射纤维的一种新思路。但是由于这类聚合物的加工性能较差,通常为不溶或不熔性物质或是相对分子质量低,热、光稳定性差,所以将结构型聚合物直接纺成导电纤维还比较困难。日本的菱田三郎等人将普通涤纶浸渍在60℃的碘和碘化钾溶液中,取出后挤干暴露于吡咯蒸汽中,在纤维的表面形成了一个经过掺杂的聚吡咯层,纤维的比电阻达到了1.7×101.2.5屏蔽服的加工将电磁波吸收剂与成纤高聚物共混纺丝,制得的电磁屏蔽纤维可按传统或非传统方法纺纱、织造,或直接制成非织造布,进一步加工成各种屏蔽服或屏蔽用品,成纤聚合物可以是高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚酯等通用的合成聚合物,电磁波吸收剂可以是电损耗型的。文献2x线保护纤维和织物的研究2.1x-ct成像体系X射线是一种波长为0.001～10nm的电磁波,它是高速电子与物质发生作用时因突然受阻减速产生的射线防X射线的实质是将穿过物质层的X射线强度降到最低点。X射线与物质发生光电效应、康普顿效应和电子对效应的概率分别与物质的原子序数的四次方、一次方和二次方成正比,所以物质的原子序数大小直接决定该物质对X射线屏蔽性能的好坏。铅元素以其原子序数大,价格低廉等特点成为最重要的X射线屏蔽物质,但是铅氧化物具有一定的毒性,会对环境产生一定的污染。所以在一些要求低毒的环境中,则更多地使用硫酸钡做为屏蔽物质。2.2x-ct-p-ms纤维在防护服上的使用最早用于X射线屏蔽的是铅板、铁板等金属材料,由于使用中对低毒和柔软的要求,又开发出了含铅的玻璃、有机玻璃及橡胶等制品,并加工成各种防护服、头盔、防护手套等。这些防护用品透气性差,笨重,穿用不舒适许多国家曾设计铅纤维作为防X射线的材料使用,这种将电解铅熔融后在喷丝孔中挤出并经反复拉伸制成的铅纤维,尽管透气性和X射线屏蔽性能均较为理想,却无法解决服用性差和铅的毒性问题。利用离子交换纤维吸附法,前苏联的科学工作者以粘胶纤维研制了X射线防护织物,首先进行聚丙烯腈接枝,然后用硫酸钠溶液处理接枝材料,再用醋酸铅溶液处理被改性的织物。X射线防护物的活性随醋酸铅的浓度,处理温度的提高而增高。这种方法的优点在于铅消耗量低,耐洗涤。使用一到两层即可明显减弱X射线辐射,可用于制作轻便防护服,但这种方法工艺较复杂,制取难度较大。利用共混纺丝是制备防X射线纤维的又一种方法,以聚合物和氧化铅或硫酸钡微粉为主要原料,在分散剂存在下,通过熔融或溶液纺丝可制成防X射线纤维。纤维中的重金属化合物质量分数可达30%～60%,甚至高达70%。为了提高纤维的服用性能,防止重金属化合物微粉在使用中脱落,皮芯复合纺丝技术也被应用到防X射线纤维的研制中,通过将重金属化合物微粉包覆在纤维的芯层中,达到纤维服用性能和使用耐久性的目的。英国一家公司采用在纤维表面涂敷粘合剂,并将硫酸钡粉末粘结在纤维上,据说得到了硫酸钡质量分数为60%的纤维最近美国迈阿密的辐射屏蔽技术公司开发出一种改进聚乙烯和聚氯乙烯性能的方法,生产出一种辐射屏蔽材料。此聚合物基质采用一种未披露的工艺进行整理,产生一种电子共振作用使之可吸收辐射。据称这种改性方法使聚合物基体的电子结构呈现出类似于可降低或吸收辐射的重金属的电子结构。这种基质结合在天然或合成非织造布料层之间,产生一种织物来制成比传统的铅防护服轻5倍的防护服。3x射线和射线的危害γ射线是一种比X射线波长更短,射线能量更高的电磁波,它是放射性核素衰变时从核内释放出的高频射线,另外当中子被吸收后也会产生射线。γ射线对人体产生的危害比X射线更为严重。γ射线防护纤维及织物的吸收机理和技术途径基本上与X射线相同。研究表明聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氯乙烯等有好的耐辐射性,都可以用作熔纺制造复合防辐射纤维的基体高聚物,因为这些高聚物的含氢量高,含氢量高密度又高的高聚物对γ射线有一定的阻滞作用4多离子防护材料的开发随着纳米技术的发展,纳米材料独有的小尺寸效应,表面与界面效应和量子尺寸效应,使得它具有许多宏观材料没有的特性,这些将极大的提高材料的防护性能。应用纳米技术和纳米材料制成的具有屏蔽电磁辐射功能的纤维将会有广阔的前景。伴随着电子技术的迅速发展,电磁辐射并不是单一波段的,同时存在γ射线辐射、X射线辐射等多种射线辐射。因此频段更宽的防护纤维及材料的研制和开发将成为发展的必然趋势。多离子织物是当今国际最先进的第六代屏蔽电磁辐射材料,是目前屏蔽低、中频段电磁辐射最先进的民用防护材料。多离子织物经精纺加工,具有柔软舒适、色泽均匀、除臭抗菌性强、耐洗、耐磨、耐气候、使用寿命