含氧化铋釉层的辐射屏蔽功能陶瓷砖制备与性能研究

为开发高效无铅辐射屏蔽材料，伊朗研究人员通过向陶瓷釉料中添加Bi2O3（10-30 wt%），系统研究了其对釉料流变特性（zeta电位升至-44.1 mV）、热膨胀系数（TEC降至6.25×10-6 K-1）及微观结构的影响。结果表明，含30 wt% Bi2O3的釉层可使60 keV光子穿透率从58.6%降至33.4%，为建筑一体化辐射防护材料设计提供新思路。

　　

随着医疗影像、安检设备等电离辐射源的广泛应用，传统铅基屏蔽材料因毒性问题面临淘汰。寻找兼具高效防护与环境友好特性的替代材料成为紧迫课题。氧化铋(Bi₂O₃)因其高原子序数(83)和环保特性备受关注，但将其整合到建筑陶瓷中的系统性研究仍属空白。伊朗小型工业与工业园区组织支持的研究团队通过创新釉料配方设计，开发出具有辐射屏蔽功能的建筑陶瓷，相关成果发表于《Materials Research Bulletin》。

研究采用商业釉料（Yekta-sanat Co.）与Bi₂O₃粉末（99%纯度）复合，通过流变测试、zeta电位分析、SEM观察及XRD/FTIR表征，系统评估了Bi₂O₃含量（10-30 wt%）对釉料性能的影响，并采用60 keV光子源测试辐射屏蔽效率。

Rheology of the glazes
流变学研究发现，Bi₂O₃可显著改变釉料悬浮特性：含30 wt% Bi₂O₃的釉料仅需26 wt%水分即可达到基准釉料（40 wt%水分）相同的60秒滴落时间，zeta电位从26.7 mV变为-44.1 mV，表明颗粒分散稳定性提升。

Thermal and structural properties
热膨胀系数(TEC)随Bi₂O₃添加呈线性下降，从基准釉的7.34×10^-6 K^-1降至6.25×10^-6 K^-1（30 wt%组）。SEM显示Bi₂O₃在1180°C烧结时发挥助熔剂作用，促进致密化；XRD证实其具有两性特征——10 wt%时为网络修饰体，≥20 wt%时转为网络形成体。

Radiation shielding performance
关键发现显示：0.12 cm厚含30 wt% Bi₂O₃釉层可将60 keV光子穿透率从无釉坯体的58.6%降至33.4%，衰减效果提升78%。

该研究首次阐明Bi₂O₃在陶瓷釉料中的结构双重性机制，其通过降低TEC提升釉-坯匹配性，同时证实建筑陶瓷经改性后可实现辐射防护功能一体化。Mojtaba Ahmadi等提出的"釉料原位屏蔽"策略，为医院、实验室等特殊场所的墙体材料开发提供了新范式，兼具工程应用价值与公共卫生意义。