BaO掺杂Ca-Zn-Gd硼酸盐玻璃的光学特性与辐射屏蔽性能研究

本文推荐一篇关于BaO掺杂钙锌钆硼酸盐玻璃（(80-x)B2O3-8CaO-11ZnO-xBaO-1Gd2O3）的多功能材料研究。通过熔融淬火技术制备的玻璃样品，结合XRD、FTIR、光学带隙（3.173→3.006 eV）和力学性能（杨氏模量111.051→96.692 GPa）分析，揭示了BaO含量对结构无序性和电子极化的影响。实验采用NaI(Tl)探测器和Phy-X/PSD模拟，证实其辐射屏蔽参数（质量衰减系数、半值层等）显著提升，为光子和核防护应用提供了新材料选择。

　　

Highlight

本研究通过传统熔融淬火技术成功制备了新型BaO掺杂钙锌钆硼酸盐玻璃（组分：(80-x)B₂O₃-8CaO-11ZnO-xBaO-1Gd₂O₃，x=20-32）。XRD图谱中29°和45°的宽散射峰证实了其非晶态结构，而FTIR分析显示531 cm^-1处振动峰强度随BaO增加而增强，表明[BO₃]三角体向[BO₄]四面体的转化。

光学性能

直接带隙从3.173 eV（x=20）降至3.006 eV（x=32），Urbach能量（0.268→0.357 eV）的升高揭示了玻璃网络中电子极化率和无序性的提升。这种"带隙工程"特性使其在光子器件中具有波长选择性调控潜力。

力学性能

Ba-O键的弱化导致解离能（74.043→68.847 kJ/cm³）和杨氏模量（111.051→96.692 GPa）的降低，但密度从3.773 g/cm³提升至4.139 g/cm³，为辐射屏蔽提供了更致密的原子堆积。

辐射屏蔽

使用NaI(Tl)探测器和¹³⁷Cs/⁶⁰Co放射源测试表明，Ba32样品在0.662 MeV能量下的线性衰减系数达0.183 cm^-1，半值层（HVL）比传统铅玻璃降低17%。Phy-X/PSD模拟显示有效原子数（Z_eff）随BaO含量线性增加，证实了Gd₂O₃与BaO的协同屏蔽效应。

Conclusion

该玻璃体系通过BaO掺杂实现了光学可调性（带隙调控）、机械适应性（模量优化）和辐射防护效能（HVL降低）的三重功能整合，为核医学防护窗体和太空辐射屏蔽提供了新材料设计思路。