新型CuO改性Li2 Pb1-x Cux P2 O7 玻璃体系的结构、热学与光学性能研究及其结晶行为分析

为解决传统磷酸盐玻璃的高吸湿性、化学耐久性差及铅毒性问题，研究人员通过熔融淬火法合成CuO替代PbO的Li2 Pb1-x Cux P2 O7 （0≤x≤1）玻璃体系。XRD和DSC分析表明，CuO掺杂可降低Tg 和Tx ，增强网络柔性；LiPb0.6 Cu0.4 P2 O7 稳定性最优，FTIR和UV-Vis证实Cu2+ 重构磷酸盐网络并改善光学性能，为无铅功能玻璃设计提供新思路。

　　

在材料科学领域，磷酸盐玻璃因其高折射率、低熔点和宽带宽等特性，被广泛应用于激光技术、生物材料等领域。然而，这类材料存在两大痛点：一是其高吸湿性和化学不稳定性限制了长期使用；二是传统含铅（PbO）组分虽能增强性能，却违背绿色化学原则。随着环保法规的收紧，开发兼具优异性能与环境友好性的新型玻璃体系成为迫切需求。

针对这一挑战，研究人员聚焦于Li₂
Pb_1-x
Cu_x
P₂
O₇
（0≤x≤1）体系，通过Cu²⁺
（离子半径0.73 ?）替代毒性较大的Pb²⁺
（1.19 ?），探究其对玻璃网络结构的调控机制。铜离子不仅无毒，其独特的d电子构型还能赋予材料光学和磁学功能。这项发表于《Journal of Non-Crystalline Solids》的研究，系统揭示了组分-结构-性能的构效关系。

研究采用熔融淬火法制备系列样品，通过X射线衍射（XRD）分析非晶态特征，差示扫描量热法（DSC）测定热力学参数，傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析磷酸盐网络变化，并结合紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）评估光学带隙。

结果与讨论
结构特性：XRD显示当x≤0.8 mol%时样品保持非晶态，更高CuO含量引发铜基晶体相析出。密度测试表明，Cu²⁺
的引入使玻璃网络堆积更疏松，摩尔体积下降12%。

热行为：DSC曲线揭示T_g
和结晶起始温度（T_x
）随CuO增加而降低，x=0.4组分的ΔT（T_x
-T_g
）最大，表明该组分具有最优热稳定性。

光谱分析：FTIR中1050 cm^-1
处PO₄
^3-
振动峰蓝移，证实Cu²⁺
改变了P–O–P键角。UV-Vis显示800 nm处宽吸收带对应Cu²⁺
的d-d跃迁（t_2g
→e_g
），且光学带隙从3.2 eV（x=0）降至2.8 eV（x=1）。

结晶相演变：退火处理后，x≥0.8样品出现Cu₂
P₂
O₇
和LiCuPO₄
晶相，其红外吸收边发生红移，与晶体场分裂能降低相关。

结论与意义
该研究证实CuO可有效替代PbO调控磷酸盐玻璃性能：LiPb_0.6
Cu_0.4
P₂
O₇
展现出最佳综合性能，其网络交联密度提升27%，光学带隙可调范围达0.4 eV。这一发现不仅为设计无铅光学玻璃提供了成分优化策略，所揭示的“Cu²⁺
-磷酸盐网络”相互作用机制，对开发新型固态激光介质、辐射屏蔽材料具有指导价值。未来研究可进一步探索该体系在非线性光学器件中的应用潜力。