Published July 6, 2023 | Version v1
Publication Open

Optical and radiation shielding properties of PVC/BiVO4 nanocomposite

Creators

  • 1. Egyptian Atomic Energy Authority
  • 2. Fayoum University

Description

This study investigates the physical and optical properties as well as the radiation shielding capacity of polyvinyl chloride (PVC) loaded with x% of bismuth vanadate (BiVO4) (x = 0, 1, 3, and 6 wt%). As a non-toxic nanofiller, the designed materials are low-cost, flexible, and lightweight plastic to replace traditional lead, which is toxic and dense. XRD patterns and FTIR spectra demonstrated a successful fabrication and complexation of nanocomposite films. In addition, the particle size, morphology, and elemental composition of the BiVO4 nanofiller were demonstrated through the utilization of TEM, SEM, and EDX spectra. The MCNP5 simulation code assessed the gamma-ray shielding effectiveness of four PVC + x% BiVO4 nanocomposites. The obtained mass attenuation coefficient data of the developed nanocomposites were comparable to the theoretical calculation performed with Phy-X/PSD software. Moreover, the initial stage in the computation of various shielding parameters, such as half-value layer, tenth value layer, and mean free path, besides the simulation of linear attenuation coefficient. The transmission factor declines while radiation protection efficiency increases with an increase in the proportion of BiVO4 nanofiller. Further, the current investigation seeks to evaluate the thickness equivalent (Xeq), effective atomic number (Zeff), and effective electron density (Neff) values as a function of the concentration of BiVO4 in a PVC matrix. The results obtained from the parameters indicate that incorporating BiVO4 into PVC can be an effective strategy for developing sustainable and lead-free polymer nanocomposites, with potential uses in radiation shielding applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تبحث هذه الدراسة في الخصائص الفيزيائية والبصرية وكذلك قدرة الحماية من الإشعاع لكلوريد البولي فينيل (PVC) المحملة بـ x٪ من فانادات البزموت (BiVO4) (x = 0 و 1 و 3 و 6 بالوزن٪). وباعتبارها حشو نانوي غير سام، فإن المواد المصممة منخفضة التكلفة ومرنة وخفيفة الوزن لتحل محل الرصاص التقليدي، وهو مادة سامة وكثيفة. أظهرت أنماط XRD وأطياف FTIR تصنيعًا ناجحًا وتعقيدًا للأفلام المركبة النانوية. بالإضافة إلى ذلك، تم توضيح حجم الجسيمات والمورفولوجيا والتركيب العنصري للحشو النانوي BiVO4 من خلال استخدام أطياف TEM و SEM و EDX. قيم رمز محاكاة MCNP5 فعالية الحماية من أشعة جاما لأربعة مركبات نانوية PVC + x٪ BiVO4. كانت بيانات معامل التوهين الكتلي التي تم الحصول عليها من المركبات النانوية المتقدمة مماثلة للحساب النظري الذي تم إجراؤه باستخدام برنامج Phy - X/PSD. علاوة على ذلك، المرحلة الأولية في حساب متغيرات التدريع المختلفة، مثل طبقة القيمة النصفية، وطبقة القيمة العاشرة، والمسار الحر المتوسط، إلى جانب محاكاة معامل التوهين الخطي. ينخفض عامل الإرسال بينما تزداد كفاءة الحماية من الإشعاع مع زيادة نسبة الحشو النانوي BiVO4. علاوة على ذلك، يسعى التحقيق الحالي إلى تقييم قيم مكافئ السماكة (Xeq)، والعدد الذري الفعال (Zeff)، وكثافة الإلكترون الفعالة (Neff) كدالة لتركيز BiVO4 في مصفوفة PVC. تشير النتائج التي تم الحصول عليها من المعلمات إلى أن دمج BiVO4 في PVC يمكن أن يكون استراتيجية فعالة لتطوير مركبات البوليمر النانوية المستدامة والخالية من الرصاص، مع الاستخدامات المحتملة في تطبيقات الحماية من الإشعاع.

Translated Description (French)

Cette étude étudie les propriétés physiques et optiques ainsi que la capacité de protection contre les rayonnements du polychlorure de vinyle (PVC) chargé de x% de vanadate de bismuth (BiVO4) (x = 0, 1, 3 et 6 % en poids). En tant que nanofiller non toxique, les matériaux conçus sont en plastique peu coûteux, flexible et léger pour remplacer le plomb traditionnel, qui est toxique et dense. Les motifs XRD et les spectres IRTF ont démontré une fabrication et une complexation réussies de films nanocomposites. En outre, la taille des particules, la morphologie et la composition élémentaire de la nanocharge BiVO4 ont été démontrées par l'utilisation des spectres TEM, SEM et EDX. Le code de simulation MCNP5 a évalué l'efficacité de protection contre les rayons gamma de quatre nanocomposites PVC + x% BiVO4. Les données obtenues sur le coefficient d'atténuation de masse des nanocomposites développés étaient comparables au calcul théorique effectué avec le logiciel Phy-X/PSD. En outre, l'étape initiale dans le calcul de divers paramètres de blindage, tels que la couche de demi-valeur, la couche de dixième valeur et le libre parcours moyen, en plus de la simulation du coefficient d'atténuation linéaire. Le facteur de transmission diminue tandis que l'efficacité de la radioprotection augmente avec une augmentation de la proportion de nanofiller BiVO4. En outre, la présente enquête cherche à évaluer les valeurs de l'équivalent d'épaisseur (Xeq), du numéro atomique effectif (Zeff) et de la densité électronique effective (Neff) en fonction de la concentration de BiVO4 dans une matrice en PVC. Les résultats obtenus à partir des paramètres indiquent que l'incorporation de BiVO4 dans le PVC peut être une stratégie efficace pour développer des nanocomposites polymères durables et sans plomb, avec des utilisations potentielles dans des applications de protection contre les rayonnements.

Translated Description (Spanish)

Este estudio investiga las propiedades físicas y ópticas, así como la capacidad de protección contra la radiación del cloruro de polivinilo (PVC) cargado con x% de vanadato de bismuto (BiVO4) (x = 0, 1, 3 y 6% en peso). Como nanocarga no tóxica, los materiales diseñados son plásticos de bajo coste, flexibles y ligeros para reemplazar el plomo tradicional, que es tóxico y denso. Los patrones de XRD y los espectros de FTIR demostraron una fabricación y complejación exitosas de películas de nanocompuestos. Además, el tamaño de partícula, la morfología y la composición elemental de la nanocarga BiVO4 se demostraron mediante la utilización de espectros TEM, SEM y edX. El código de simulación MCNP5 evaluó la efectividad del blindaje contra rayos gamma de cuatro nanocompuestos de PVC + x% BiVO4. Los datos obtenidos del coeficiente de atenuación de masa de los nanocompuestos desarrollados fueron comparables al cálculo teórico realizado con el software Phy-X/PSD. Además, la etapa inicial en el cálculo de varios parámetros de blindaje, como la capa de valor medio, la capa de valor décimo y la ruta libre media, además de la simulación del coeficiente de atenuación lineal. El factor de transmisión disminuye mientras que la eficiencia de la protección radiológica aumenta con un aumento en la proporción de nanorelleno BiVO4. Además, la presente investigación busca evaluar los valores de espesor equivalente (Xeq), número atómico efectivo (Zeff) y densidad electrónica efectiva (Neff) en función de la concentración de BiVO4 en una matriz de PVC. Los resultados obtenidos a partir de los parámetros indican que la incorporación de BiVO4 en PVC puede ser una estrategia eficaz para el desarrollo de nanocompuestos poliméricos sostenibles y sin plomo, con posibles usos en aplicaciones de blindaje contra la radiación.

Files

s41598-023-37692-y.pdf.pdf

Files (7.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9e3fcf4a0abc1b208a736d5b4f0ad2d2
7.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الخصائص البصرية والإشعاعية لمركب PVC/BiVO4 النانوي
Translated title (French)
Propriétés optiques et de protection contre les rayonnements du nanocomposite PVC/BiVO4
Translated title (Spanish)
Propiedades ópticas y de protección contra la radiación del nanocompuesto de PVC/BiVO4

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4383342040
DOI
10.1038/s41598-023-37692-y

Is supplement to
https://openalex.org/W4313240766 (Other)
https://openalex.org/W3204096278 (Other)
https://openalex.org/W3158380173 (Other)
https://openalex.org/W3139053590 (Other)
https://openalex.org/W3035566503 (Other)
https://openalex.org/W3016160101 (Other)
https://openalex.org/W2996270240 (Other)
https://openalex.org/W2939256632 (Other)
https://openalex.org/W2808811503 (Other)
https://openalex.org/W2057372571 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1659720364
  • https://openalex.org/W2050969102
  • https://openalex.org/W2136202668
  • https://openalex.org/W2513717054
  • https://openalex.org/W2583065241
  • https://openalex.org/W2757695419
  • https://openalex.org/W2765990977
  • https://openalex.org/W2808414676
  • https://openalex.org/W2898953774
  • https://openalex.org/W2921140447
  • https://openalex.org/W2948171562
  • https://openalex.org/W2974359742
  • https://openalex.org/W2976411560
  • https://openalex.org/W3010631785
  • https://openalex.org/W3010776623
  • https://openalex.org/W3022961850
  • https://openalex.org/W3087617515
  • https://openalex.org/W3115183578
  • https://openalex.org/W3138106370
  • https://openalex.org/W3161457851
  • https://openalex.org/W3166039780
  • https://openalex.org/W3168051304
  • https://openalex.org/W3175885483
  • https://openalex.org/W3187498738
  • https://openalex.org/W3198185141
  • https://openalex.org/W3201858382
  • https://openalex.org/W3208832898
  • https://openalex.org/W4210513906
  • https://openalex.org/W4212823056
  • https://openalex.org/W4281709140
  • https://openalex.org/W4284994403
  • https://openalex.org/W4292953560
  • https://openalex.org/W4295806616
  • https://openalex.org/W4312082920
  • https://openalex.org/W4317677536
  • https://openalex.org/W4317698276
  • https://openalex.org/W4320039756
  • https://openalex.org/W4321331895
  • https://openalex.org/W4323545635
  • https://openalex.org/W4362592396
  • https://openalex.org/W4362678564
  • https://openalex.org/W4362699874