ZnO/稀土掺杂硼酸盐玻璃的组分调控：光学性能与γ射线屏蔽协同增强研究

本文推荐一种新型B2O3-CaO-ZnO-BaO-Eu2O3-Er2O3玻璃体系，通过熔融淬火法制备，实现密度（3.488→4.054 g/cm3）与光学带隙（3.319→3.344 eV）的协同优化。研究证实Eu3+/Er3+共掺杂可提升紫外-可见光区特征吸收（395/523 nm），同时辐射屏蔽参数（GLAC达155.111 cm-1@0.015 MeV，Zeff 16.93@15 MeV）显著增强，为多功能光学-防护材料开发提供新策略。

　　

Highlight

玻璃制备与密度分析

本研究采用熔融淬火技术制备(65-x)B₂O₃-6CaO-(16+x)ZnO-13BaO-yEu₂O₃-zEr₂O₃体系玻璃（x=0-12 mol%，y=z=0.25-1 mol%）。高纯度原料（H₃BO₃/Eu₂O₃/Er₂O₃等）经1450°C熔融后快速冷却，形成均匀非晶态固体。

物理参数解析

随着ZnO/Eu₂O₃/Er₂O₃替代轻质B₂O₃（密度2.46 g/cm³），玻璃密度从3.488飙升至4.054 g/cm³，摩尔体积从23.813降至21.938 cm³/mol，揭示网络结构致密化。分子量（M_wt）同步增长（83.059→88.935 g/mol），印证重金属氧化物成功嵌入玻璃骨架。

结论

B₂O₃-CaO-ZnO-BaO-Eu₂O₃-Er₂O₃玻璃体系通过组分调控实现光学与屏蔽性能双重突破：紫外特征峰（Eu^{3+ 7}F₀→⁵L₆@395 nm；Er^{3+ 4}I_15/2→²H_11/2@523 nm）与γ射线衰减能力（G_LAC提升61%@0.015MeV）的协同增强，为核医学影像屏蔽窗、空间辐射防护等应用提供理想候选材料。