中子對人體具有極其嚴重的危害，人體在經過中子輻照後，輕者會產生嘔吐頭暈等症狀，重者體內會發生細胞癌變，甚至死亡。
傳統的聚合物基中子屏蔽材料在設計時通常選取具有高中子吸收截面的含硼以及稀土元素等材料作為屏蔽填料，並大多採取熔融共混的方式分散填料，但這會導致填料在基體中聚集，在填料與填料之間存在較大間隙，部分中子會在填料與填料之間的間隙處直接貫穿，導致材料的中子屏蔽效能無法提高到一個理想水平。
傳統方法是加大功能填料含量，減少粒子之間的間隙，但是這會大幅度提高屏蔽材料的密度，嚴重製約了屏蔽材料的可穿戴性與舒適感。
因此，如何使中子屏蔽材料具有高中子屏蔽效能同時又維持較低的密度是當前中子屏蔽領域亟需解決的難題。
為此，四川大學高分子研究所郭少雲教授團隊提出了一種新型簡便的策略，即利用單層 MXene 納米片優異的吸附、導熱以及還原性能，將釓離子吸附至其表面；接着，通過水熱反應，釓離子與 MXene 納米片發生一系列的化學反應，最後以釓鹽納米粒子的形式附着在了 MXene 納米片表面；此外，通過旋轉塗膜技術來製備薄膜可以實現填料在聚合物基體內部的水平方向平躺取向，從而構築出高效中子屏蔽複合材料。
該成果以「Constructing oriented two-dimensional fish scale-like Gd@MXene barrier walls in polyvinyl alcohol to achieve excellent neutron shielding properties」 為題，發在英國皇家學會期刊 Nanoscale 上。
亮點 1. 無外加還原劑的情況下，通過水熱反應，憑藉 MXene 自身的吸附以及還原性能實現釓鹽納米粒子的錨定和合成。
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Fig. 1 SEM images and EDX scanning of MXene and Gd@MXene. (a) SEM images of cross-sections structure of MXene. (b) SEM images of Complete structure of MXene. SEM images of 5-Gd@MXene (c), 10-Gd@MXene(d), 15-Gd@MXene (e), and 20-Gd@MXene (f). SEM images and EDX scanning of 20-Gd@MXene (g).
亮點 2. 利用旋轉塗膜技術，實現二維雜化納米片在 PVA 基體中的面內平行排列，且加工成膜後仍能保持雜化納米粒子的完整性，即是釓鹽納米粒子仍能牢固的附着於 MXene 片兩側，中子通過雜化粒子片層之間的多次反射和吸收，最終實現中子的高效屏蔽。
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Fig. 2 SEM and digital images. Cross-sectional images of 5-Gd@MXene/PVA (a), 10-Gd@MXene/PVA (b), and 20-Gd@MXene/PVA (c) composite by spinning coating, respectively. (d) Cross-sectional images of Gd@MXene/PVA composite manufactured by casting. (e) Digital images of clean fabrics, coated fabrics, and dried fabrics.
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Fig. 3 Mechanism diagram of different materials shielding neutrons.
Constructing oriented two-dimensional fish scale-like Gd@MXene barrier walls in polyvinyl alcohol to achieve excellent neutron shielding propertiesXinguo Zhu，Xianlong Zhang and Shaoyun Guo(郭少雲, 四川大學)Nanoscale, 2022.http://doi.org/10.1039/D2NR02385G
rsc.li/nanoscale
Nanoscale 發表有關納米科學和納米技術的高質量研究報道，包括各種跨學科的實驗研究和理論研究，涉及的研究主題有納米結構和納米材料的合成、功能納米材料和生物組裝體的表徵、納米材料的性質、自組裝和分子組織、複雜的雜化納米結構、納米複合材料、納米顆粒、納米晶體、納米糰簇、納米管、納米線、納米催化、納米理論建模、納米電子學和分子電子學、納米光子學、納米芯片、納米傳感器、納米流體和納米加工、碳基納米材料和裝置、納米仿生材料、納米生物技術／生物納米材料、納米醫學、納米技術的監管方法和風險評估等等，對物理、化學、生物學、醫學、材料、能源／環境、信息技術、檢測科學、醫療保健和藥物研發、電子工程等領域的科研人員具有廣泛的吸引力。該刊由英國皇家化學會同中國國家納米科學中心共同出版。
Editors-in-Chief
Chunli Bai (白春禮)🇨🇳 中科院化學所
Dirk Guldi🇩🇪 埃爾朗根-紐倫堡大學
Associate editors
Cinzia Casiraghi🇬🇧 曼徹斯特大學
Qing Dai (戴慶)🇨🇳 國家納米科學中心
Yves Dufrêne🇧🇪 天主教魯汶大學
Andrea Ferrari🇬🇧 劍橋大學
Dong Ha Kim🇰🇷 梨花女子大學
Christian Klinke🇩🇪 羅斯托克大學
Quan Li (李泉)🇨🇳🇭🇰 香港中文大學
Zhiqun Lin (林志群)🇸🇬 新加坡國立大學
Xing Yi Ling🇸🇬 南洋理工大學
Xiaogang Liu (劉小鋼)🇸🇬 新加坡國立大學
Renzhi Ma (馬仁志)🇯🇵 日本國立材料科學研究所
Janet MacDonald🇺🇸 范德堡大學
Teresa Pellegrino🇮🇹 意大利技術研究院
Dong Qin (秦冬)🇺🇸 佐治亞理工學院
Paolo Samorì🇫🇷 斯特拉斯堡大學
Elena Shevchenko🇺🇸 美國阿貢國家實驗室
Ling-Dong Sun (孫聆東)🇨🇳 北京大學
Jonathan Veinot🇨🇦 艾伯塔大學
Umesh Waghmare🇮🇳 賈瓦哈拉爾·尼赫魯高級科學研究中心
Jinlan Wang (王金蘭)🇨🇳 東南大學
Manzhou Zhu (朱滿洲)🇨🇳 安徽大學
Jin Zou (鄒進)🇦🇺 昆士蘭大學
* 2021 Journal Citation Reports (Clarivate, 2022)
†CiteScore 2021 by Elsevier
‡中位數，僅統計進入同行評審階段的稿件
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