Published August 27, 2023 | Version v1
Publication Open

Low-energy α-particle irradiation of polymeric-based nanofiller

Creators

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

Description

Abstract In this study, the induced defects and modifications enhanced by alpha particle on CdO and ZnSe-doped polymethyl methacrylate (PMMA) were investigated. Casting method was used to prepare three sets of thin polymeric sheets doped with variable concentrations of the selected fillers. The prepared CdO and ZnSe particles were in the range 3–21 nm. The samples were irradiated with 4.5 MeV α-particle emitted from 241 Am radioactive source at gradually increased fluence. The enhanced change that occurred in the physical properties for both types of samples due to α-particle irradiation was measured using Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), ultraviolet–visible spectroscopy (UV–Vis), photoluminescence (PL) spectroscopy. All the pristine samples exhibited two separated direct band gaps around 4.0 eV and 4.6 eV, while the irradiated samples showed decreasing for the first band gap up to 3.71 and the second gap remained almost unchanged. The three investigated sets displayed PL emission peaks within the range 270–700 nm. The intensity of the PL peaks was increased by increasing the filler concentration. The net PL was quantified using the area under the emission peaks which showed that α-particle causes interchangeable defects and cross-linking processes. The formation of C–H and O–H function groups due to α-particle interactions was confirmed by FTIR analysis. The results revealed that the filler–polymer interface has a great impact on the formed defects which control the observed characteristics in the polymeric composite medium. The presented data are very helpful for α-particle dosimetric applications using these types of polymeric composites.

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

Translated Description (Arabic)

الخلاصة في هذه الدراسة، تم التحقيق في العيوب والتعديلات المستحثة التي عززتها جسيمات ألفا على CdO و ZnSe - doped polymethyl methacrylate (PMMA). تم استخدام طريقة الصب لتحضير ثلاث مجموعات من الألواح البوليمرية الرقيقة مخدرة بتركيزات متغيرة من الحشوات المختارة. كانت جسيمات CdO و ZnSe المحضرة في النطاق 3–21 نانومتر. تم تشعيع العينات بجسيم ألفا 4.5 ميجا فولت المنبعث من مصدر مشع 241 أمبير عند زيادة الطلاقة تدريجياً. تم قياس التغيير المعزز الذي حدث في الخواص الفيزيائية لكلا النوعين من العينات بسبب تشعيع الجسيمات α باستخدام تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، حيود الأشعة السينية (XRD)، التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (UV - Vis)، التحليل الطيفي للتألق الضوئي (PL). أظهرت جميع العينات البكر فجوتين منفصلتين في النطاق المباشر حول 4.0 إلكترون فولت و 4.6 إلكترون فولت، في حين أظهرت العينات المشععة انخفاضًا في فجوة النطاق الأول حتى 3.71 وظلت الفجوة الثانية دون تغيير تقريبًا. أظهرت المجموعات الثلاث التي تم التحقيق فيها قمم انبعاث PL ضمن النطاق 270–700 نانومتر. تم زيادة شدة قمم PL عن طريق زيادة تركيز الحشو. تم تحديد صافي الربح والخسارة باستخدام المنطقة الواقعة تحت قمم الانبعاثات والتي أظهرت أن جسيم ألفا يسبب عيوبًا قابلة للتبديل وعمليات ربط متقاطع. تم تأكيد تكوين مجموعات وظائف C - H و O - H بسبب تفاعلات الجسيمات α من خلال تحليل FTIR. كشفت النتائج أن السطح البيني بين الحشو والبوليمر له تأثير كبير على العيوب المتكونة التي تتحكم في الخصائص المرصودة في الوسط المركب البوليمري. البيانات المقدمة مفيدة للغاية لتطبيقات قياس جرعات الجسيمات α باستخدام هذه الأنواع من المواد المركبة البوليمرية.

Translated Description (French)

Résumé Dans cette étude, les défauts induits et les modifications renforcées par des particules alpha sur le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) dopé au CdO et au ZnSe ont été étudiés. La méthode de coulée a été utilisée pour préparer trois ensembles de feuilles polymères minces dopées avec des concentrations variables des charges sélectionnées. Les particules de CdO et de ZnSe préparées se situaient entre 3 et 21 nm. Les échantillons ont été irradiés avec des particules α de 4,5 MeV émises par une source radioactive de 241 Am à fluence progressivement accrue. Le changement accru qui s'est produit dans les propriétés physiques des deux types d'échantillons en raison de l'irradiation de particules α a été mesuré en utilisant l'infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie ultraviolette-visible (UV–Vis), la spectroscopie de photoluminescence (PL). Tous les échantillons vierges présentaient deux bandes interdites directes séparées d'environ 4,0 eV et 4,6 eV, tandis que les échantillons irradiés présentaient une diminution pour la première bande interdite jusqu'à 3,71 et que la deuxième bande interdite restait presque inchangée. Les trois ensembles étudiés présentaient des pics d'émission de PL compris entre 270 et 700 nm. L'intensité des pics de PL a été augmentée en augmentant la concentration de charge. La PL nette a été quantifiée en utilisant la surface sous les pics d'émission qui a montré que les particules α provoquent des défauts interchangeables et des processus de réticulation. La formation de groupes fonctionnels C–H et O–H due aux interactions α-particules a été confirmée par l'analyse IRTF. Les résultats ont révélé que l'interface charge-polymère a un grand impact sur les défauts formés qui contrôlent les caractéristiques observées dans le milieu composite polymère. Les données présentées sont très utiles pour les applications dosimétriques de particules α utilisant ces types de composites polymères.

Translated Description (Spanish)

Resumen En este estudio, se investigaron los defectos inducidos y las modificaciones potenciadas por la partícula alfa en el metacrilato de polimetilo (PMMA) dopado con CdO y ZnSe. Se utilizó el método de fundición para preparar tres conjuntos de láminas poliméricas delgadas dopadas con concentraciones variables de los rellenos seleccionados. Las partículas de CdO y ZnSe preparadas estaban en el intervalo de 3–21 nm. Las muestras se irradiaron con 4.5 MeV de partículas α emitidas desde una fuente radiactiva de 241 Am a una fluencia gradualmente aumentada. El cambio mejorado que se produjo en las propiedades físicas para ambos tipos de muestras debido a la irradiación de partículas α se midió utilizando infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía ultravioleta-visible (UV–Vis), espectroscopía de fotoluminiscencia (PL). Todas las muestras prístinas exhibieron dos huecos de banda directos separados alrededor de 4.0 eV y 4.6 eV, mientras que las muestras irradiadas mostraron una disminución para el primer hueco de banda hasta 3.71 y el segundo hueco permaneció casi sin cambios. Los tres conjuntos investigados mostraron picos de emisión de PL dentro del rango de 270–700 nm. La intensidad de los picos de PL aumentó al aumentar la concentración de relleno. El PL neto se cuantificó utilizando el área bajo los picos de emisión que mostró que la partícula α causa defectos intercambiables y procesos de reticulación. La formación de grupos funcionales C–H y O–H debido a las interacciones entre partículas α se confirmó mediante análisis FTIR. Los resultados revelaron que la interfaz carga-polímero tiene un gran impacto en los defectos formados que controlan las características observadas en el medio compuesto polimérico. Los datos presentados son muy útiles para aplicaciones dosimétricas de partículas α utilizando estos tipos de compuestos poliméricos.

Files

s13360-023-04300-x.pdf.pdf

Files (1.8 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
md5:2145ec86814288e6e2c6a24dbfbbca73
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تشعيع جسيمات ألفا منخفضة الطاقة من الحشو النانوي القائم على البوليمر
Translated title (French)
Irradiation de particules α à faible énergie de nanofiller à base de polymère
Translated title (Spanish)
Irradiación de partículas α de baja energía de nanorelleno de base polimérica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386203686
DOI
10.1140/epjp/s13360-023-04300-x

Is supplement to
https://openalex.org/W638451985 (Other)
https://openalex.org/W3016979551 (Other)
https://openalex.org/W2945804409 (Other)
https://openalex.org/W2603406166 (Other)
https://openalex.org/W2561176135 (Other)
https://openalex.org/W2092639464 (Other)
https://openalex.org/W2076871858 (Other)
https://openalex.org/W2050156500 (Other)
https://openalex.org/W2048317755 (Other)
https://openalex.org/W1553583976 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1063012754
  • https://openalex.org/W1491192424
  • https://openalex.org/W1617650015
  • https://openalex.org/W1901598165
  • https://openalex.org/W191177136
  • https://openalex.org/W1964622200
  • https://openalex.org/W1969977106
  • https://openalex.org/W1974061593
  • https://openalex.org/W1974490537
  • https://openalex.org/W1975260236
  • https://openalex.org/W1979991466
  • https://openalex.org/W1994205128
  • https://openalex.org/W2000682674
  • https://openalex.org/W2000726383
  • https://openalex.org/W2009668842
  • https://openalex.org/W2013072465
  • https://openalex.org/W2013545730
  • https://openalex.org/W2014873503
  • https://openalex.org/W2015274724
  • https://openalex.org/W2016212029
  • https://openalex.org/W2016367978
  • https://openalex.org/W2019312332
  • https://openalex.org/W2025317557
  • https://openalex.org/W2027478651
  • https://openalex.org/W2028705789
  • https://openalex.org/W2030085232
  • https://openalex.org/W2031372462
  • https://openalex.org/W2041683658
  • https://openalex.org/W2046114479
  • https://openalex.org/W2046135228
  • https://openalex.org/W2047082203
  • https://openalex.org/W2057057564
  • https://openalex.org/W2059627870
  • https://openalex.org/W2060626745
  • https://openalex.org/W2063822008
  • https://openalex.org/W2066809404
  • https://openalex.org/W2074576170
  • https://openalex.org/W2085455947
  • https://openalex.org/W2092589281
  • https://openalex.org/W2149307995
  • https://openalex.org/W2250823305
  • https://openalex.org/W2319326493
  • https://openalex.org/W2378773768
  • https://openalex.org/W2513879605
  • https://openalex.org/W2587150223
  • https://openalex.org/W2593216041
  • https://openalex.org/W2603153077
  • https://openalex.org/W2624200574
  • https://openalex.org/W2742246174
  • https://openalex.org/W2747416912
  • https://openalex.org/W2756038525
  • https://openalex.org/W2769260063
  • https://openalex.org/W2776078654
  • https://openalex.org/W2783139469
  • https://openalex.org/W2792560245
  • https://openalex.org/W2801106958
  • https://openalex.org/W2803630388
  • https://openalex.org/W2805367812
  • https://openalex.org/W2897252964
  • https://openalex.org/W2901338215
  • https://openalex.org/W2920862232
  • https://openalex.org/W2943296205
  • https://openalex.org/W2971611877
  • https://openalex.org/W2974529762
  • https://openalex.org/W2998960928
  • https://openalex.org/W3025201655
  • https://openalex.org/W3047376800
  • https://openalex.org/W3049325252
  • https://openalex.org/W3095761120
  • https://openalex.org/W3108531747
  • https://openalex.org/W3133085995
  • https://openalex.org/W3151911502
  • https://openalex.org/W3162060302
  • https://openalex.org/W4210436139
  • https://openalex.org/W4286511730