Fabrication, thermal analysis, and heavy ion irradiation resistance of epoxy matrix nanocomposites loaded with silane-functionalized ceria nanoparticles

材料科学 纳米复合材料 聚合物 环氧树脂 聚合物纳米复合材料 复合材料 硅烷 表面改性 傅里叶变换红外光谱 辐照 化学工程 物理 核物理学 工程类
作者
Clare Davis‐Wheeler Chin,Marissa Ringgold,Erica Marie Redline,Avi Bregman,Khalid Mikhiel Hattar,Amanda Peretti,LaRico Juan Treadwell
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (11): 6552-6569 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d1cp05033h
摘要

This paper describes a detailed understanding of how nanofillers function as radiation barriers within the polymer matrix, and how their effectiveness is impacted by factors such as composition, size, loading, surface chemistry, and dispersion. We designed a comprehensive investigation of heavy ion irradiation resistance in epoxy matrix composites loaded with surface-modified ceria nanofillers, utilizing tandem computational and experimental methods to elucidate radiolytic damage processes and relate them to chemical and structural changes observed through thermal analysis, vibrational spectroscopy, and electron microscopy. A detailed mechanistic examination supported by FTIR spectroscopy data identified the bisphenol A moiety as a primary target for degradation reactions. Results of computational modeling by the Stopping Range of Ions in Matter (SRIM) Monte Carlo simulation were in good agreement with damage analysis from surface and cross-sectional SEM imaging. All metrics indicated that ceria nanofillers reduce the damage area in polymer nanocomposites, and that nanofiller loading and homogeneity of dispersion are key to effective damage prevention. The results of this study represent a significant pathway for engineered irradiation tolerance in a diverse array of polymer nanocomposite materials. Numerous areas of materials science can benefit from utilizing this facile and effective method to extend the reliability of polymer materials.

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