氟锆酸盐玻璃光纤中Li+/Pb2+协同效应的原子尺度解析及其性能优化研究

本研究针对氟锆酸盐玻璃光纤在中红外光谱、临床医学及工业加工应用中折射率调控与抗结晶性能难以协同优化的挑战，通过Li+-Pb2+协同策略实现了折射率可调范围（1.49–1.53）与高热稳定性（ΔT > 75°C）的突破。结合第一性原理模拟、核磁共振（NMR）与拉曼光谱技术，首次在原子尺度揭示了阳离子协同促进Zr–F–Zr桥键断裂（生成非桥接氟）并抑制Zr中心多面体有序化的双重机制，为高性能氟化物光纤设计提供了理论基础与方法学支撑。

　　

氟锆酸盐玻璃光纤（fluorozirconate glass optical fibers）作为中红外光谱、临床医学和工业加工领域的关键材料，其折射率与抗结晶性能的协同调控一直是技术瓶颈。本研究通过混合碱效应（mixed alkali effect）引入Li⁺-Pb²⁺协同策略，成功在宽折射率范围（1.49–1.53）内实现高热稳定性（ΔT > 75°C）的玻璃组成。借助第一性原理模拟（first-principle simulations）、核磁共振（NMR）与拉曼光谱（Raman spectroscopy）技术，研究团队在原子尺度发现：Li⁺与Pb²⁺的协同作用可断裂Zr–F–Zr桥键（bridge bonds），生成非桥接氟（non-bridging fluorine）以降低玻璃转变温度（T_g），同时抑制锆中心多面体（Zr-centered polyhedra）有序化，通过提升熔体粘度有效阻遏结晶倾向。这一机制首次从原子层面揭示了多元氟化物玻璃中结构-性能的关联规律，为开发兼具可调光学特性与优异稳定性的光纤材料提供了创新设计思路。