Көмүртек негизиндеги VYNS жука пленка таянычы, поливинилхлорид–поливинилацетат сополимеринен турган өтө жука VYNS мембранасынын бетин электр өткөрүүчү графен же көмүртек нанотүтүк материалы менен каптоо аркылуу даярдалып, төмөн энергиялуу радиоактивдүү булактарды спектрометриялык өлчөөдө өткөрүүчү ташыгыч катары колдонууга арналган түзүлүш. Бул изилдөө калыбына келтирилген графен оксидинен (reduced graphene oxide, rGO), түздөн-түз эксфолиацияланган графенден (directly exfoliated graphene, deG) жана көп дубалдуу көмүртек нанотүтүк (multi-walled carbon nanotube, MWCNT) дисперсияларынан даярдалган көмүртек менен капталган VYNS пленкаларын салттуу Au–Pd металлдаштырылган VYNS таянычы менен салыштырган.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү — төмөн энергиялуу электрондорду спектрометриялык өлчөөдө булак таянычы бир эле учурда өтө жука, атомдук номери төмөн жана жетиштүү деңгээлде электр өткөрүүчү болушу керек. Салттуу VYNS таянычтары бул максатта Au же Au–Pd менен металлдаштырылышы мүмкүн; бирок булак Au–Pd эритмесинин кымбаттыгын жана металлдаштыруу учурунда жука VYNS пленкаларынын көп сынышын ыкманын кемчиликтери катары көрсөтөт.

Изилдөөдө графен негизиндеги материалдар эки башка ыкма менен каралган. rGO графитти кычкылдандыруу, аны графен оксидине айландыруу, андан соң L-аскорбин кислотасы менен химиялык калыбына келтирүү жана 400 °Cде Ar атмосферасында термиялык күйдүрүү аркылуу даярдалган. deG болсо графитти суюк фазада түздөн-түз эксфолиациялоо жолу менен алынган бир нече катмарлуу графен ыкмасын билдирет. Мындан тышкары, ацетиленди каталитикалык ажыратуу менен синтезделген MWCNTлер сыналган.

rGO, deG жана MWCNT материалдары SDBS, Triton X-100 же натрий цитратын камтыган суу дисперсиялары түрүндө даярдалган; дисперсиялар VYNS пленкаларынын үстүнө spin-coating ыкмасы менен капталган. Даярдалган таянычтарга ⁵⁵Fe эритмеси тамчылатылып буулантуу аркылуу төмөн энергиялуу радиоактивдүү булактар даярдалган жана булактардын спектрлери %90 аргон–%10 метан газы менен 750 kPaда иштеген 4π басымдуу пропорционалдык эсептегичте өлчөнгөн.

Булактын эң маанилүү жыйынтыгы — rGO–Triton X-100 пленкасы салттуу Au–Pd металлдаштырылган булак менен салыштырууга боло турган спектрдик сапатты көрсөткөнү. rGO–Triton X-100 спектринде негизги чоку жакшы аныкталган, ал эми болжол менен 3 keV аймагындагы аргон качуу чокусу айырмалана турган жана таза көрүнгөн. rGO–SDBS жана deG–SDBS/deG–Triton X-100 булактары да графен негизиндеги альтернативалардын колдонууга жарамдуулугун колдогон жыйынтыктарды берген.

Тескерисинче, rGO–натрий цитраты, MWCNT–SDBS жана MWCNT–Triton X-100 булактарында өтө жогорку салыштырмалуу качуу чокусу интенсивдүүлүгү жана төмөн энергиялуу спектрдик куйруктар байкалган. Авторлор бул жүрүм-турум таянычтын өткөрүмдүүлүгүнүн жетишсиздиги менен байланыштуу болушу мүмкүн экенин белгилешет, бирок муну түз электр өткөрүмдүүлүгүн өлчөө менен далилдешкен эмес. Ошондуктан MWCNT дисперсиялары изилдөөдө төмөн энергиялуу электрондорду өлчөө үчүн радиоактивдүү булак таянычы катары ылайыктуу деп табылган эмес.

Изилдөөнүн негизги чектөөсү — спектрдик салыштыруу негизинен график түрүндө берилген. Ар бир пленка үчүн өзүнчө FWHM/энергиялык ажыратуу таблицасы, белгисиздик, ката тилкеси же статистикалык кайталоо анализи берилген эмес. Булак бардык сыналган булактардын ажыратуу жөндөмдүүлүгү 0,9 keVден жогору экенин билдирет, бирок ар биринин так маанисин таблица түрүндө бербейт. Ошондой эле чыгым артыкчылыгы жана пленканын сынышын азайтуу мүмкүнчүлүгү сандык экономикалык же ишенимдүүлүк анализи менен өлчөнгөн эмес.

Кеңири Түшүндүрмө

Эмне үчүн радиоактивдүү булак таянычы өткөрүүчү болушу керек?

Төмөн энергиялуу электрон спектрометриясында радиоактивдүү үлгү өтө жука ташыгычтын үстүнө жайгаштырылышы керек. Таяныч өтө калың же атомдук номери жогору болгондо чыгарылган бөлүкчөлөрдүн жутулушу жана чачырашы көбөйүшү мүмкүн. Ошондуктан булак таянычтарында төмөн беттик тыгыздык, төмөн орточо атомдук номер жана жетиштүү механикалык бекемдик талап кылынат.

Электрон чыгарылганда үлгүдө электр заряды калышы мүмкүн. Эгер булак таянычы бул зарядды алыстата албаса, үлгүнүн айланасындагы электр талаасы өзгөрүшү мүмкүн. Пропорционалдык эсептегичте кийинки электрон окуялары түзгөн импульстар мындан таасир алып, өзгөчө төмөн энергиялуу электрон спектрин бузушу мүмкүн.

Ошондуктан салттуу VYNS мембраналары Au же Au–Pd сыяктуу өткөрүүчү металлдар менен капталат. Булак алтын оңой даярдалганы, кычкылданууга жана химиялык таасирге туруктуу болгону жана бөлмө температурасында миграция ылдамдыгы төмөн болгону үчүн артык көрүлөрүн түшүндүрөт.

Бирок Au–Pd каптоонун эки практикалык кемчилиги бар: металл эритмеси кымбат жана өтө жука VYNS пленкалары металлдаштыруу учурунда сынышы мүмкүн. Изилдөөнүн көмүртек каптоого багытталышынын негизги себеби ушул.

Көмүртек Негизиндеги Жука Пленка Эмне Үчүн Радиоактивдүү Булак Таянычы Катары Колдонулушу Мүмкүн?

Графен жана көмүртек нанотүтүктөрү электр өткөрүмдүүлүгүнөн тышкары, көмүртектин атомдук номери төмөн жана жука пленка түзө алгандыктан, төмөн энергиялуу нурланууну өлчөөдө өткөрүүчү булак таянычы болууга талапкер; бирок бул изилдөөнүн жыйынтыктары материалдын жөн гана көмүртек болушу жетишсиз экенин, суу дисперсиясынын туруктуулугу, пленка морфологиясы жана беттик-активдүү зат–көмүртек өз ара аракеттенүүсү да спектрдик сапатты аныктай турганын көрсөтөт.

VYNS деген эмне?

VYNS, булакта поливинилхлорид–поливинилацетат сополимери катары аныкталган жана радионуклид булактар үчүн жука мембрана даярдоодо кеңири колдонулган полимердик таяныч.

VYNS мембраналары көбүнчө дат баспаган болот же алюминий шакектерге тартылат. Материалдын маанилүү артыкчылыгы — өтө жука пленка түзө алышы. Бирок VYNS диметилформамид (DMF), N-метил-2-пирролидон (NMP) жана диметилсульфоксид (DMSO) сыяктуу графен жана көмүртек нанотүтүк дисперсияларында көп колдонулган органикалык эриткичтерге туруктуу эмес.

Ошондуктан изилдөөнүн маанилүү дизайн шарттарынын бири көмүртек материалдарын органикалык эриткичтердин ордуна суу дисперсияларынан каптай алуу болгон.

Булак ичиндеги бирдик тууралуу эскертүү: кириш бөлүмүндө VYNS пленкасынын калыңдыгын/беттик тыгыздыгын түшүндүргөн сүйлөмдө бир нече жүз μg cm⁻² деген билдирүүнүн жанында “5–10 μm cm⁻²” түрүндө өлчөмдүк жактан көйгөйлүү бирдик жазылган. Изилдөө бул маанини натыйжаларды талдоодо колдонбогондуктан, бул жерде так VYNS калыңдыгы катары кайра чечмеленген эмес.

rGO, GO жана deG ортосунда кандай айырма бар?

Графен оксиди (GO), графитти күчтүү кычкылдандыруу менен катмар аралык түзүлүшүн өзгөртүп, кычкылтек камтыган функционалдык топторду кошуунун натыйжасында алынган графен туундусу. Кычкылдануу графит катмарларынын ажырашын жеңилдетет, бирок кемчиликтер жана кычкылтектүү топтор графендин баштапкы sp² байланышкан түзүлүшүн жарым-жартылай бузат.

Калыбына келтирилген графен оксиди (rGO), GOдогу кычкылтектүү топтор химиялык жана/же термиялык ыкмалар менен негизинен алынып салынгандан кийин алынат. Калыбына келтирүү графиттик конъюгацияны жарым-жартылай кайтарат, бирок аны толугу менен кемчиликсиз бир катмарлуу графенге айландырбайт.

deG, булакта графитти суюк фазада түздөн-түз эксфолиациялоо натыйжасында алынган бир нече катмарлуу, азыраак кемчиликтүү графен катары каралат. Бул ыкма жогорку сапаттагы графен катмарларын бере алат, бирок булак адабият контекстинде жакшы дисперсияланган таза графен nanosheet чыгымы адатта %2ден төмөн болушу мүмкүн экенин билдирет.

Бул изилдөөдө deG дисперсиялары sonicationдан кийин 3000 rpmде 15 мүнөт центрифугаланган, эксфолиацияланбаган графит чөктүрүлгөн жана бир нече катмарлуу графен үлпүлдөктөрүн камтыган үстүңкү супернатант колдонулган.

Эмне үчүн беттик-активдүү зат керек?

Графен жана MWCNT сыяктуу көмүртек материалдары өтө гидрофобдуу. Ошондуктан алардын сууда өзүнөн-өзү узак убакыт бир тектүү таралышы кыйын. Беттик-активдүү зат молекулалары көмүртек бетине гидрофобдук өз ара аракеттенүүлөр, π–π өз ара аракеттенүүлөрү, суутек байланыштары же электростатикалык өз ара аракеттенүүлөр аркылуу адсорбцияланып, бөлүкчөлөрдүн кайра биригишин азайтышы мүмкүн.

Изилдөөдө эки ачык беттик-активдүү зат колдонулган:

• SDBS: натрий додецилбензолсульфонаты; иондук беттик-активдүү зат.
• Triton X-100: иондук эмес беттик-активдүү зат.

1-таблица rGO үчүн натрий цитратын камтыган дисперсияны да көрсөтөт. Таблицанын тилкеси муну “surfactant” деген аталышта берет. Бирок натыйжалар бөлүмү rGO–натрий цитраты булагын начар спектрдик жүрүм-турум көрсөткөн топко киргизип, “беттик-активдүү заттын жоктугу сунушталбай турганын” билдирет. Ошондуктан Verianla текстинде натрий цитраты SDBS жана Triton X-100 менен илимий жактан бир эле класска кирет деп кабыл алынбай, “туруктандыруучу кошумча” катары аталат.

Мурунку изилдөөдөн айырмасы эмнеде болгон?

Авторлордун мурунку изилдөөсү rGO негизиндеги жука пленкаларды радионуклид булак таянычы катары колдонууну изилдеген. Бирок мурунку изилдөө rGOго гана багытталып, эң жакшы натыйжа гидройод кислотасы менен калыбына келтирилген rGO менен алынган.

Бул изилдөөдө эки кемчиликти жоюуга аракет жасалган:

1. rGOдон тышкары deG жана MWCNT сыяктуу ар кандай көмүртек материалдары салыштырууга киргизилген.
2. Гидройод кислотасынын ордуна L-аскорбин кислотасын жана термиялык күйдүрүүнү камтыган башка rGO калыбына келтирүү жолу колдонулган.

Графен оксиди кантип синтезделген?

GO синтези Tour ыкмасына негизделген. Булакта берилген процесс тартиби төмөнкүдөй:

1. 3 g графит порошогу жана 18 g KMnO₄ стаканга салынган.
2. 400 mL концентрленген H₂SO₄/H₃PO₄ аралашмасы 9:1 көлөм катышында кошулган.
3. Аралашма 50 °Cде 16 саат аралаштырылган.
4. 400 mL муздак Milli-Q суусу жана 10 mL %30 H₂O₂ кошулуп, кычкылдануу токтотулган.
5. Суспензия түнү бою декантацияланган.
6. Калган катуу зат чыпкаланып, 250 mL %10 v/v HCl менен, андан кийин супернатанттын pHы 6–6,5 болгонго чейин ультра таза суу менен жуулган.
7. Графит оксиди тоңдуруп кургатуу аркылуу кургатылган.

rGO кантип даярдалган?

GOну калыбына келтирүүдө гидротермалдык–химиялык бириккен ыкма колдонулган:

1. 300 mg GO, 60 mL ультра таза сууда 5 mg mL⁻¹ концентрациясында дисперсияланган.
2. Аралашма адегенде ультраүндүк ваннада 1 саат кармалган.
3. Андан кийин Bandelin Sonoplus HD 2070 ультраүндүк зонду менен дагы 1 саат sonication жасалган.
4. Дисперсия PTFE капталган дат баспаган болот автоклавга өткөрүлүп, 120 °Cде 24 саат иштетилген.
5. Алынган калдыкка 6 g L-аскорбин кислотасы кошулган; булак бул баскычтагы L-аскорбин кислотасынын концентрациясын 100 mg mL⁻¹ деп көрсөткөн.
6. Аралашма дагы 48 саат аралаштырылган.
7. Өнүм ультра таза суу менен эки жолу жуулуп, 60 °Cде вакуумда кургатылган.
8. Акыркы термиялык күйдүрүү Ar атмосферасында 400 °Cде 24 саат жүргүзүлгөн.
9. rGO агат эритмесинде майдаланган.

MWCNT кантип синтезделген?

MWCNT синтезинде газ фазасындагы ацетиленди каталитикалык ажыратуу колдонулган. Система горизонталдык мештен жана кварц түтүктөн турган, реакция зонасы 1023 Kде иштетилген.

Темир катализаторунун прекурсору катары Fe(CO)₅ колдонулган. Прекурсор эритмеси 0 °Cде кармалып, ал аркылуу N₂ көбүктөтүлүп реакция зонасына жеткирилген. N₂ ташуучу газ, ал эми H₂ металл катализаторун калыбына келтирүү үчүн колдонулган.

Fe(CO)₅дин термиялык ажырашы темир нанобөлүкчөлөрүн түзүп, MWCNTлер ушул бөлүкчөлөрдө ядролонуп өскөн. Кварц пластиналары реактордун борборуна жайгаштырылып, нанотүтүктөр ушул пластиналарда да, кварц реактор түтүгүнүн дубалдарында да топтолгон.

Жети дисперсия кантип даярдалган?

Бардык суспензиялар зонддук sonicatorдо 2 саат sonication кылынган. deG дисперсияларында кошумча 3000 rpmде 15 мүнөт центрифугалоо жүргүзүлүп, эксфолиацияланбаган графит чөктүрүлгөн жана бир нече катмарлуу графенди камтыган үстүңкү суюктук алынган.

Булак SDBS, Triton X-100 жана натрий цитратынын өлчөмдөрү адабияттагы оптималдуу маанилерге ылайык кошулганын айтат; бирок негизги PDF бул кошумчалардын ар бир дисперсиядагы так концентрациясын бербейт. Ошондуктан кайра өндүрүмдүүлүк жагынан бул параметр булак текстинде жетишсиз.

VYNS үстүнө көмүртек пленка кантип капталган?

VYNS мембранасы адегенде ультра таза суунун бетине VYNS эритмесин тамчылатуу менен даярдалган. Полимер суу бетине жайылып пленка түзгөндөн кийин алюминий шакек сууга малып, пленка шакекке алынган. Шакектин сыртындагы ашыкча полимер скальпель менен кесилип, пленка бөлмө температурасында же инфракызыл лампанын астында кургатылган.

Көмүртек каптоодо алюминий шакектер полиэтилентерефталат (PET) катмарына жайгаштырылып, Kapton лентасы менен бекитилген жана CONVAC 1001 spin coater вакууму менен кармалган.

Ар бир VYNS пленкага 1 mL көмүртек дисперсиясы колдонулган. Spin программасы үч баскычтан турат:

Авторлор бул программа VYNS мембранасын сындырбай бетти каптоого мүмкүндүк бергенин билдиришет.

Материалдар кантип мүнөздөлгөн?

Маанилүү метод айырмасы: SEM изилдөөсүнө чейин үлгүлөрдүн бети BALTEC/Leica EM ACE600 аппараты менен жука алтын каптоо аркылуу металлдаштырылган. Бул алтын каптоо SEM үлгүсүн даярдоо үчүн гана. Спектрдик контролдо колдонулган салттуу Au–Pd капталган VYNS радиоактивдүү булагы менен бир эле эксперименттик процесс эмес.

XRD GO жана rGO өзгөрүшүн кантип көрсөткөн?

GO үчүн XRDде \(2\theta=10{,}62^\circ\) чамасында (001) чокусу байкалган. Булак муну графиттик түзүлүштүн кычкылдануусу жана карбонил, карбоксил, эпоксид жана гидроксил сыяктуу кычкылтектүү функционалдык топтордун пайда болушу менен байланыштырат.

Химиялык жана термиялык калыбына келтирүүдөн кийин rGOнун (001) тилкеси жок болуп, болжол менен \(2\theta=25{,}80^\circ\) чамасында графитке окшош, бирок кең чоку көрүнгөн. Булак бул өзгөрүүнү кычкылтектүү топтордун олуттуу түрдө алынып салынышы жана графиттик кристаллдык тартиптин жарым-жартылай калыбына келиши менен түшүндүрөт.

Чокунун кең болушу эксфолиациянын жогорку даражасы жана жука, бир нече катмарлуу графен түзүлүшү менен байланышкан. Ошол эле учурда rGOнун катмар аралык аралыгы теориялык графит маанисинен дагы эле чоң болушу калдык кычкылтек топтору жана түзүлүштүк кемчиликтер толук жоголбогону менен байланышкан.

MWCNT XRD жыйынтыгы жана Scherrer теңдемеси

MWCNT үлгүсүндө булак 26,45° жана 44,57° чокуларын CNT түзүлүшүнө мүнөздүү деп аныктайт. Ошондой эле 38,30°, 44,57°, 64,78°, 71,80° жана 77,90° чокуларын синтезде колдонулган катализатор түрлөрү менен байланыштырат.

Булак ичиндеги дал келүү эскертүүсү: 44,57° мааниси текстте CNTге мүнөздүү чокулардын да, катализатор менен байланышкан чокулардын да арасында берилет. Булак бул чокунун эки салымын өзүнчө чоку deconvolution менен ажыратпайт; ошондуктан бул жерде бир эле келип чыгууга мажбурлап байланыштырылган эмес.

Кристаллит өлчөмү Scherrer Теңдемеси (1) менен эсептелген:

\[ D_p= \frac{0.94\lambda} {\beta_{1/2}\cos\theta'} \]

Формула эмнени эсептейт? X-нур дифракция чокусунун кеңдигинен мүнөздүү кристаллит өлчөмүнүн болжолдуу маанисин эсептөө үчүн колдонулат.

• \(D_p\): эсептелген кристаллит өлчөмү.
• \(\lambda\): колдонулган X-нур толкун узундугу; бул экспериментте Cu-Kα үчүн 0,15406 nm.
• \(\beta_{1/2}\): дифракция чокусунун кеңдигин билдирген мүчө.
• \(\theta'\): тиешелүү дифракция бурчу мүчөсү.
• 0,94: булак теңдемесинде колдонулган форма коэффициенти.

Булак MWCNT үчүн \(D_p=39{,}49\) nm кристаллит өлчөмүн жана 0,6661 тор деформациясын билдирет. Булак тор деформациясын эсептөө үчүн өзүнчө теңдеме бербегендиктен Verianla версиясында кошумча деформация формуласы түзүлгөн эмес.

FTIR GOнун калыбына келүүсүн кантип колдоду?

Бул кычкылтектүү функционалдык топ тилкелеринин графитте жок болушу Tour кычкылдануусу менен графит бетине кычкылтек камтыган топтор кошулганын колдогон.

rGO спектринде 1056, 1232, 1749 жана 3251 cm⁻¹ тилкелеринин жоголушу же кыйла азайышы L-аскорбин кислотасы жана андан кийинки термиялык күйдүрүү кычкылтектүү топторду олуттуу түрдө алып салганын көрсөтөт.

Булак rGO спектринин графитке көбүрөөк окшошушун электрондук конъюгациянын жарым-жартылай калыбына келиши катары чечмелейт.

SEM сүрөттөрү эмнени көрсөткөн?

Булак 4-сүрөттө чыныгы материал микро түзүлүштөрүн көрсөтөт. Булар эксперименттик далил болгон raster SEM сүрөттөрү болгондуктан Verianla версиясында жасалма SEM сүрөтү түзүлгөн эмес.

Графит тартиптүү жана катмарлуу пластина морфологиясын көрсөткөн. GO кычкылдангандан кийин туш келди топтолгон, жука жана бырышкан жалбырак көрүнүшүнө өткөн. rGO nanosheetтери болсо бырышкан, толкундуу жана бири-бирине чырмалышкан катмарлар түрүндө көрүнгөн.

MWCNT үлгүсүндө нанотүтүктөрдүн тыгыз боолор түрүндө бирикпегени жана көбүрөөк багытталган булалуу түзүлүш көрсөткөнү белгиленген. Сүрөттөрдөгү жарык чекиттер булак тарабынан MWCNT синтезинде колдонулган Fe(CO)₅ катализаторунан калган Fe түрлөрү менен байланышкан.

Капталган пленкалардын SEM сүрөттөрү эмнени көрсөткөн?

5-сүрөт жети дисперсиядан даярдалган жука пленкалардын SEM сүрөттөрүн салыштырат.

1-дисперсия болгон rGO–SDBS жана 3-дисперсия болгон rGO–натрий цитраты пленкаларында тыгыз, бир тектүү жана толкундуу графен үлпүлдөктөрү көрүнгөн.

rGO–Triton X-100, deG–SDBS жана deG–Triton X-100 пленкаларында болсо бири-биринин үстүнө түшкөн графен nanoplateletтери даана айырмаланган үлпүлдөк микро түзүлүш байкалган.

MWCNT–SDBS жана MWCNT–Triton X-100 пленкаларында көмүртек нанотүтүк материалы беттик-активдүү зат матрицасынын ичинде камтылгандай көрүнөт. Аз сандагы MWCNT гана даана айырмалангандыктан, булак узак sonication MWCNT түзүлүшүн олуттуу бузган деп чечмелейт.

Бул чечмелөө түз механикалык сынуу узундугун өлчөөгө эмес, SEM морфологиясына негизделет; ошондуктан “sonication нанотүтүктөрдү так ушул өлчөмгө чейин сындырды” деген сандык жыйынтык чыгарууга болбойт.

Tyndall эффекти эмне үчүн изилденген?

Tyndall эффекти, коллоиддик бөлүкчөлөр жарыкты чачыраткандыктан лазер нурунун жолу дисперсиянын ичинде көрүнүп калуучу кубулуш. Изилдөө бул эффектти суудагы көмүртек дисперсияларынын коллоиддик мүнөзүн сапаттык баалоо үчүн колдонгон.

650 nm лазер нуру оптикалык X-cube RGB призмасынан өткөрүлүп, 10 mm оптикалык жолдуу кварц кюветага багытталган. Сүрөттөр чоңойтуучу линзалар менен жазылган.

Булак айрыкча суюлтулган rGO дисперсиялары 1, 2 жана 3 Tyndall эффектин бергенин жана бул байкоо алардын коллоиддик мүнөзүн колдогонун билдирет. Бул үч rGO дисперсиясында кеңирээк жарык чачыроо байкалган.

55Fe Спектриндеги Качуу Чокусу Эмнени Билдирет?

Бул изилдөөдөгү болжол менен 3 keV төмөн энергиялуу качуу чокусу 55Fe булагынын өзүнчө негизги ажыроо чокусу эмес; булак муну пропорционалдык эсептегичтин аргон газында түзүлгөн X-нурлар аныктоо көлөмүнөн чыгып кетип, өлчөнгөн энергиянын жетишпей калышынан пайда болгон detector escape өзгөчөлүгү катары түшүндүрөт.

55Fe эмне үчүн ылайыктуу сыноо радионуклиди?

⁵⁵Fe төмөн энергия аймагында эталон радионуклид катары колдонулган электрон кармоочу радионуклид. Булак, ⁵⁵Fe электрон кармоо аркылуу негизинен ⁵⁵Mnдын негизги абалына ажырай турганын билдирет.

Пайда болгон атомдук боштуктар релаксация болгондо болжол менен:

• 5,9 keV Kα X-нур, %25,02 ыктымалдык менен,
• 6,5 keV Kβ X-нур, %3,4 ыктымалдык менен,
• 4,9–6,5 keV аралыгындагы Auger электрондору, жалпысынан болжол менен %60 ыктымалдык менен

чыгарылат.

Ошондуктан ⁵⁵Fe булагы, айрыкча 5–6,5 keV төмөн энергия аймагында булак таянычы спектрдик сапатты бузабы же жокпу текшерүү үчүн ылайыктуу.

Негизги спектрдик чоку эмне үчүн бир эле курч сызык эмес?

Булак негизги чокулардын көбү болжол менен Гаусс формасында экенин, бирок оң тарабы бир аз азыраак тик экенин белгилейт. Буга Kβ салымы Kαга өтө жакын болгону жана газ толтурулган детектордо бул эки салымды толук ажыратууга мүмкүн эместиги себеп катары көрсөтүлөт.

Негизги чоку ошол эле учурда 5–6,5 keV аралыгындагы төмөн энергиялуу электрондордун жана фотондордун салымын камтыйт.

Таянычтын өткөрүмдүүлүгү спектрге кандай таасир берет?

Эгер таяныч жетиштүү өткөрүүчү болбосо, электрон эмиссиясынан кийин үлгүдө заряд топтолушу мүмкүн. Бул заряд топтолушу детектордун айланасындагы жергиликтүү электр талаасын өзгөртүп, айрым импульстардын төмөн амплитудада өлчөнүшүнө жана төмөн энергиялуу куйруктардын пайда болушуна салым кошушу мүмкүн.

Изилдөөдөгү бардык көмүртек пленкаларда негизги чокунун көрүнүшү жана качуу чокусунан ажыратылышы таянычтар жок дегенде төмөн энергиялуу электрондорду аныктоого мүмкүндүк берген деңгээлде өткөрүүчү болгонун көрсөтөт.

Ошол эле учурда rGO–натрий цитраты жана эки MWCNT булагында өтө жогорку салыштырмалуу качуу чокусу интенсивдүүлүгү жана төмөн энергиялуу куйруктар байкалган. Авторлор муну таянычтын өткөрүмдүүлүгү жетишсиз болушу менен байланыштуу болушу мүмкүн деп белгилешет. “Мүмкүн” деген чектөө маанилүү; изилдөөдө пленканын sheet resistance же төрт чекиттүү зонд менен түз өткөрүмдүүлүк өлчөөсү берилген эмес.

rGO–Triton X-100 Эмне Үчүн Эң Ийгиликтүү Комбинация Деп Бааланган?

rGO–Triton X-100 Au–Pd металлдаштырылган контролдук булакка окшош энергиялык ажыратуу жөндөмдүүлүгүн берип, негизги чокуну болжол менен 3 keV качуу чокусунан таза ажыратканы үчүн изилдөөнүн эң ийгиликтүү көмүртек негизиндеги таянычы катары айырмаланган; авторлор бул жүрүм-турумду rGOдогу калдык кычкылтектүү аймактардын Triton сыяктуу беттик-активдүү заттар менен өз ара аракеттенүүсү жана пленка түзүлүшүн жакшыртышы мүмкүн болгон структуралык гетерогендүүлүк менен байланыштырышат, бирок бул механизм түздөн-түз бет химиясы–өткөрүмдүүлүк эксперименттери менен далилденген эмес.

rGOнун калдык кычкылтек топтору эмне үчүн маанилүү болушу мүмкүн?

rGO толук кемчиликсиз графен эмес. Булак бир нече нанометрлик тазараак графен аймактары менен көбүрөөк кычкылданган аймактар бир эле rGO түзүлүшүндө кошо болушу мүмкүн экенин түшүндүрөт.

Гидроксил жана эпоксид сыяктуу калдык кычкылтек топтору беттик-активдүү зат молекулалары менен өз ара аракеттенүүнү күчөтүшү мүмкүн. Авторлор rGO пленкаларынын жакшыраак спектрдик көрсөткүчүн ушул бет химиясы менен байланыштырышат.

Бирок изилдөө бул түшүндүрмөнү түз спектроскопиялык байланыш энергиясы, беттик-активдүү зат адсорбция изотермасы же электрдик sheet-resistance өлчөөсү менен текшерген эмес. Ошондуктан механизм булак авторлорунун колдоочу чечмелөөсү болуп саналат.

Кайсы пленкалар салыштырууга боло турган жыйынтык берди?

Таблица булактын сапаттык жыйынтыгы. 7-сүрөттөгү спектрдик ийри сызыктардан жаңы FWHM маанилери, чоку аянттары же эсептөө катыштары эсептелген эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперименттик дизайндын логикасы

Изилдөөнүн эксперименттик салыштыруу логикасы төрт баскычтан турат:

1. Ар кандай көмүртек материалдарын жана суу дисперсия шарттарын даярдоо.
2. Бул дисперсияларды бир эле негизги VYNS жука пленка ыкмасы менен каптоо.
3. Ошол эле радионуклид болгон ⁵⁵Feни ушул таянычтарда булак кылып даярдоо.
4. Спектрлерди салттуу Au–Pd металлдаштырылган VYNS контролу менен бирдей детектордук ыкмада салыштыруу.

Бул дизайн көмүртек материалы/дисперсия ыкмасынын булак спектрине тийгизген таасирин баалоого багытталган. Бирок булак ар бир пленка түрүнөн канча көз карандысыз кайталоо даярдалганын, кайталануучулуктун стандарттык четтөөлөрүн же формалдуу статистикалык тесттерди бербейт.

Радиоактивдүү булак кантип даярдалган?

1-таблицадагы суу дисперсиялары менен капталган VYNS пленкаларынын ар бири радиоактивдүү булак таянычы катары колдонулган. ⁵⁵Fe эритмеси таянычка сандык тамчы жайгаштыруу ыкмасы менен колдонулуп, жөнөкөй буулантуу менен кургатылган.

Булак негизги PDFде ⁵⁵Fe тамчысынын көлөмүн, Bq түрүндөгү активдүүлүгүн же жалпы ⁵⁵Fe массасын бербейт. Бул параметрлер Verianla версиясында божомолдонгон эмес.

4π басымдуу пропорционалдык эсептегич шарттары

Бардык булактар 4π Pressurized Proportional Counter (PPC) менен өлчөнгөн.

Булактын бул детектор үчүн өткөрүүчү пленка керек экенине берген физикалык негиздемеси — электрон эмиссиясы үлгүнү заряддай алат жана таяныч изолятор болсо, бул заряд детектордогу электр талаасынын туруктуулугун бузушу мүмкүн.

XRD жыйынтыктарынын кыскача мазмуну

Спектрдик жыйынтыктардын кыскача мазмуну

Бардык сыноо булактарында негизги ⁵⁵Fe чокусу байкалып, качуу чокусунан ажыратылган. Булак муну бардык пленка таянычтары төмөн энергиялуу электрондорду аныктоого мүмкүндүк берген негизги өткөрүмдүүлүктү көрсөткөнүнүн белгиси деп чечмелейт.

Макала бардык сыноо булактарында ажыратуу жөндөмдүүлүгү 0,9 keVден жогору экенин билдирет. Булак ар бир пленка үчүн өзүнчө сандык ажыратуу таблицасын бербегендиктен, кайсы пленканын FWHM мааниси так канча keV экени Verianla версиясында көрсөтүлгөн эмес.

rGO–Triton X-100 Au–Pd эталонуна эң жакын спектрдик жүрүм-турум көрсөткөн. rGO–SDBS жана deG негизиндеги беттик-активдүү зат камтыган таянычтар да металлдаштырылган булакка окшош спектрлерди берген.

MWCNT негизиндеги булактарда болсо качуу чокуларынын салыштырмалуу интенсивдүүлүгү жогору болгондуктан, булак аларды төмөн энергиялуу электрон өлчөөсү үчүн радиоактивдүү булак даярдоого ылайыктуу деп тапкан эмес.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• rGO, deG жана MWCNT суу дисперсиялары spin coating аркылуу VYNS пленкаларына колдонулган.
• SDBS жана Triton X-100 суудагы көмүртек дисперсияларын даярдоодо колдонулган.
• rGOнун кычкылдануу–калыбына келүү өзгөрүшү XRD жана FTIR менен колдоого алынган.
• Даярдалган бардык көмүртек пленка булактарында 55Fe негизги спектрдик чокусу өлчөнгөн.
• rGO–Triton X-100 булагы Au–Pd металлдаштырылган контролго окшош спектрдик сапатты көрсөткөн.
• Беттик-активдүү зат камтыган графен негизиндеги rGO жана deG пленкалары салттуу металлдаштырылган булак менен салыштырууга боло турган спектр бере алган.
• MWCNT–SDBS жана MWCNT–Triton булактары качуу чокусу интенсивдүүлүгү жогору болгондуктан бул колдонмо үчүн ылайыктуу деп табылган эмес.
• Суудагы көмүртек каптоо ыкмасы Au–Pd металлдаштыруусун талап кылбаган альтернативдүү булак даярдоо жолу катары лабораториялык деңгээлде көрсөтүлгөн.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• Көмүртек пленкалары бардык радионуклиддер жана бардык энергия диапазондорунда Au–Pdден жакшы экени көрсөтүлгөн эмес.
• rGO–Triton X-100 электр өткөрүмдүүлүгү түздөн-түз төрт чекиттүү зонд же sheet-resistance өлчөөсү менен сандык аныкталган эмес.
• MWCNT спектрлериндеги бузулуу өткөрүмдүүлүктөн гана келип чыкканы так далилденген эмес; булак муну мүмкүн болгон түшүндүрмө катары берет.
• Au–Pdге салыштырмалуу экономикалык пайда пайыз же акча бирдиги менен эсептелген эмес.
• VYNS пленкасынын сынуу деңгээлиндеги жакшыруу контролдук бекемдик статистикасы менен өлчөнгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү сактоо туруктуулугу же нурлануу астында эскирүү тести берилген эмес.
• Өнөр жайлык сериялык өндүрүш же талаа масштабындагы булак өндүрүшү текшерилген эмес.
• Ар бир үлгү түрү үчүн кайталанган өлчөө, стандарттык четтөө, ишеним аралыгы же статистикалык маанилүүлүк тести берилген эмес.

Изилдөөнүн негизги кайра өндүрүү мүмкүнчүлүгүнө байланышкан чектөөлөрү

• SDBS, Triton X-100 жана натрий цитратынын дисперсиялардагы так өлчөмү негизги PDFде берилген эмес; адабияттагы оптималдуу маанилер колдонулганы гана айтылат.
• 55Fe тамчы көлөмү жана булак активдүүлүгү негизги PDFде сандык берилбейт.
• Ар бир пленка түрү канча көз карандысыз үлгү/кайталоо менен бааланганы так эмес.
• Ар бир булак үчүн өзүнчө энергиялык ажыратуу/FWHM маанилери таблица түрүндө берилбейт.
• Пленканын электр каршылыгы түз өлчөнгөн эмес.
• Пленка калыңдыгы же көмүртек каптоонун беттик тыгыздыгы ар бир дисперсия үчүн сандык берилген эмес.

Изилдөөнүн илимий күчтүү жагы

Изилдөөнүн күчтүү жагы жөн гана “графен өткөрүүчү материал” деген божомолго таянбастан, чыныгы ⁵⁵Fe радиоактивдүү булактарын даярдап, аларды төмөн энергиялуу электрон/фотон спектри жагынан салттуу Au–Pd контролдук булагы менен түз салыштырганында.

Материал синтези, дисперсия жүрүм-туруму, пленка морфологиясы жана чыныгы спектрометриялык көрсөткүч бир эксперименттик чынжырдын ичинде бааланган. Ошентип, көмүртек материалы түзүлүш жагынан ылайыктуу көрүнүшү менен чыныгы радионуклид булак көрсөткүчүнүн айырмасы көрүнүктүү болгон; айрыкча MWCNT жыйынтыктары теориялык жактан өткөрүүчү көмүртек материалы ылайыктуу пленка жана дисперсия жүрүм-турумусуз автоматтык түрдө жакшы булак таянычына айланбай турганын көрсөтөт.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Оригиналдуу аталышы: Carbon-based thin films as a suitable alternative to metallized films for the preparation of radioactive sources

Авторлор: Rodolfo Fernández-Martínez; Mª Isabel Rodríguez-Tapiador; Miguel Roteta; María Pérez-Cadenas; Gilberto del Rosario; Jorge Pedrós; Isabel Rucandio.

Жооптуу автор: Rodolfo Fernández-Martínez.

Тең салым: Булакта тең биринчи авторлук же тең салым тууралуу билдирүү жок.

Мекемелер: Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Madrid, Испания; Universidad Rey Juan Carlos, Móstoles, Madrid, Испания; Departamento de Química Inorgánica y Química Técnica, Facultad de Ciencias, UNED, Las Rozas, Madrid, Испания; Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología & Departamento de Ingeniería Electrónica, E.T.S.I. de Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, Испания.

Журнал: Applied Radiation and Isotopes.

Басмакана: Elsevier Ltd.

Том / макала номери: 212 / 111419.

DOI: 10.1016/j.apradiso.2024.111419.

Расмий шилтеме: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2024.111419

Кабыл алынган дата: 21 декабрь 2021.

Кайра каралган версия датасы: 17 июнь 2024.

Кабыл алуу датасы: 25 июнь 2024.

Онлайн жарыялоо датасы: 4 июль 2024.

Библиографиялык жарыя: Applied Radiation and Isotopes, Volume 212, октябрь 2024, Article 111419.

Булактын түрү: Эксперименттик материал даярдоо, радионуклид булак өндүрүү жана төмөн энергиялуу нурлануу спектрометриясы боюнча изилдөө макаласы.

Рецензия статусу: Applied Radiation and Isotopes журналында жарыяланган рецензияланган изилдөө макаласы.

Лицензия: Creative Commons Attribution–NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).

Негизги сөздөр: Graphene; Carbon nanotubes; Radioactive source; Source preparation.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Булак “Data will be made available on request” билдирүүсүн берет; өзүнчө ачык маалымат репозиторийинин шилтемеси берилген эмес.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор изилдөөгө таасир этиши мүмкүн болгон белгилүү финансылык кызыкчылык же жеке мамиле жок экенин билдиришкен.

Каржылоо: ENE2017-88065-C2-2-R жана PID2020-114234RB-C21 долбоорлору MCIN/AEI жана ERDF колдоосу менен; Jorge Pedrós ошондой эле Испаниянын Илим жана инновация министрлигинин 2D-SAWNICS долбоору PID2020-120433 GB-I00 жана Comunidad de Madrid NMAT2DCM P2018/NMT-4511 долбоору тарабынан колдоого алынган.

Автордук салымдар: Rodolfo Fernández-Martínez: концептуалдаштыруу, маалыматтарды курациялоо, ыкма, кеңеш берүү, алгачкы долбоор, карап чыгуу/редакциялоо. Mª Isabel Rodríguez-Tapiador: алгачкы долбоор, ыкма, формалдык талдоо. Miguel Roteta: алгачкы долбоор, кеңеш берүү, программалык камсыздоо. María Pérez-Cadenas: карап чыгуу/редакциялоо, кеңеш берүү, ресурстар, ыкма. Gilberto del Rosario: ыкма. Jorge Pedrós: карап чыгуу/редакциялоо, ресурстар, ыкма. Isabel Rucandio: карап чыгуу/редакциялоо, кеңеш берүү, каржылоо алуу, концептуалдаштыруу.

Негизги эксперименттик салыштыруу: rGO, deG жана MWCNT менен капталган VYNS жука пленка таянычтарында даярдалган 55Fe булактары менен салттуу Au–Pd металлдаштырылган VYNS контролдук булагынын 4π басымдуу пропорционалдык эсептегич спектрлерин салыштыруу.

Негизги мүнөздөө: XRD, FTIR, SEM жана Tyndall эффекти.

Негизги жыйынтык: rGO–Triton X-100 Au–Pd металлдаштырылган контролдук булак менен салыштырууга боло турган спектрдик сапатты көрсөткөн; беттик-активдүү зат камтыган графен негизиндеги пленкалар жалпы алганда колдонууга жарамдуу көрүнгөн, ал эми сыналган MWCNT пленкалары качуу чокусу интенсивдүүлүгү жогору болгондуктан ылайыктуу деп табылган эмес.

Энергиялык ажыратуу эскертүүсү: Булак бардык сыноо булактары үчүн ажыратуу жөндөмдүүлүгү 0,9 keVден жогору экенин билдирет; пленка боюнча так ажыратуу таблицасын бербейт. Бул билдирүү Verianla версиясында өзгөртүлгөн эмес жана 7-сүрөттөн жаңы FWHM маанилери алынган эмес.

Булак ичиндеги терминология эскертүүсү: 1-таблица натрий цитратын “Surfactant” тилкесинде көрсөтсө, натыйжалар бөлүмү rGO–натрий цитраты үлгүсүн терс спектрдик жүрүм-турум менен байланыштырып, беттик-активдүү заттын жоктугу сунушталбай турганын билдирет. Бул айырмалуу терминология үнсүз оңдолгон эмес.

XRD эскертүүсү: 44,57° мааниси булак текстинде типтүү CNT чокусу катары да, синтез катализатору менен байланышкан чокулардын арасында да кездешет. Булак бул салымдарды өзүнчө ажыратпайт.

VYNS бирдик эскертүүсү: Кириште VYNS пленка калыңдыгы/беттик тыгыздыгы тууралуу сүйлөмдө өлчөмдүк жактан шайкеш эмес көрүнгөн “5–10 μm cm−2” билдирүүсү бар; бул маани Verianla текстинде так пленка калыңдыгы катары колдонулган эмес.

Экономикалык чечмелөө чеги: Макала көмүртек пленкалары Au–Pd эритмесинин чыгымын жана металлдаштырылган VYNS шакектеринин сынуу көйгөйүн азайтуу артыкчылыгы жөнүндө айтат; бирок акча бирдиги түрүндөгү чыгым анализи, сынуу пайызы же сериялык өндүрүш ишенимдүүлүгүнүн тести берилген эмес.