液态金属的防辐射特性探究

与常规金属一样，液态金属也对辐射具有防护特性［4］。不同于传统上由铅制成的橡胶板辐射防护材料的是，厚度较小的液态金属辐射防护膜就足以在许多方面表现出优良的特性。图2.6所示为直接印刷出的液态金属防护膜，膜厚为0.3 mm，使用镓基合金制成，熔点为8℃，在常温下呈现液态。

与传统材料相比，液态金属辐射防护膜具有更好的稳定性，具体表现在液态金属材料具有更强的屈服极限和张力极限。更强的屈服极限是因为在铅橡胶材料中，铅粒子是均匀分布在材料中的，而在液态金属辐射防护材料中，仅将液态金属固定在橡胶表面，因而自然获得了橡胶表面的高稳定性。更强的强度极限是因为，在铅橡胶防护材料中，铅粒子会降低橡胶基底的拉伸强度，而液态金属材料由于仅分散在橡胶材料表面，并不影响橡胶本身的机械强度特性，由此制成的材料会呈现更强的张力极限。

图2.6　传统含铅橡胶（a）与超薄液态金属辐射防护材料（b）外观［4］(www.xing528.com)

此外，如果将液态金属结合在硅片上，原本不能防辐射的硅片也具备了防辐射的特性。与传统铅橡胶材料一样，防辐射特性会随着材料厚度的增加而增加。防辐射特性会随着材料的拉伸而降低是因为随着拉伸持续，材料的厚度降低。与传统铅橡胶材料不同的是，液态金属防辐射材料存在拉伸极限，如果达到拉伸极限，其辐射防护特性将减弱。在相同条件下，液态金属材料的辐射防护性能要略弱于传统铅橡胶材料，这是因为现有材料的厚度很薄，只有0.3 mm；而且，当前的液态金属防护材料都是镓基合金，该材料本身的辐射防护特性略低于密度更高的铅材料。从分子层面看，提高液态金属辐射防护特性最好的途径是利用多层结构。从根本上来看，固体对X射线的吸收特性与厚度的关系遵循指数衰减定律（图2.7），而某种特定材料的线性衰减系数与其原子系数有关。材料的总衰减系数应该是每部分吸收材料衰减系数的贡献总和，即在液态金属辐射防护膜材料中，防护作用主要由液态金属的特性与厚度决定，而橡胶基底也有一定贡献。因此，多层结构可有效增强液态金属的辐射防护特性。

图2.7　涂覆有清华大学校徽图案的液态金属及其X射线阻挡效果［4］

总体看来，液态金属具有良好的辐射防护特性与潜能。作为辐射防护材料，其最大的优势在于高稳定性、生物相容性与适应性，对于可穿戴的辐射防护服装、手套来说，具有较好的应用前景。