锌氧化物掺杂对碲酸盐薄膜光学及辐射剂量学性能的影响

本研究聚焦于解决传统碲酸盐（TeO?）薄膜在光学和辐射剂量学应用中的局限性，通过掺杂锌氧化物（ZnO）改善其性能，为开发高性能薄膜剂量计提供新思路，成果发表于《Heliyon》。

　　在现代科技飞速发展的背景下，碲酸盐（TeO?）薄膜因其独特的光学透明性和化学稳定性，在光学器件和辐射检测领域备受关注。然而，纯TeO?薄膜在实际应用中存在一些局限性，例如对高能辐射的敏感性不足以及光学带隙较宽导致的吸收能力有限。为突破这些瓶颈，研究人员开始探索通过掺杂其他材料来优化TeO?薄膜的性能。锌氧化物（ZnO）作为一种具有宽禁带和高激子束缚能的半导体材料，展现出良好的掺杂潜力。基于此，联邦技术大学（Minna, Nigeria）和马来西亚国立大学的研究团队开展了一项创新性研究，旨在通过喷雾热解法制备掺杂不同浓度ZnO的TeO?薄膜，并系统研究其在光学和辐射剂量学方面的性能变化。

研究团队采用喷雾热解法在苏打石灰玻璃基底上制备了不同ZnO掺杂浓度（0、0.2、0.4 wt%）的（ZnO）?（TeO?）???薄膜。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱以及电流-电压特性测试等关键技术方法，全面分析了薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能、化学键合特性以及辐射剂量学响应。

研究结果显示，随着ZnO掺杂浓度的增加，TeO?薄膜的晶体结构由单一的TeO?相逐渐转变为包含ZnO相的复合结构，XRD图谱中出现了归属于ZnO的特征衍射峰，且衍射峰位发生偏移，表明ZnO成功进入TeO?晶格。FESEM图像表明，薄膜的颗粒尺寸和粗糙度随ZnO浓度增加而减小，薄膜厚度分别为14.00 μm、14.11 μm和12.12 μm。UV-Vis光谱分析发现，薄膜在可见光区域具有高透明度，且带隙能量从3.62 eV逐渐降低至3.54 eV，这归因于ZnO掺杂引起的晶格畸变和缺陷态的引入。FTIR光谱检测到Te-O键的特征吸收峰以及Zn-O键的伸缩振动模式，证实了ZnO的成功掺杂。拉曼光谱进一步揭示了TeO?和ZnO的特征振动模式，表明薄膜具有良好的结晶性。在辐射剂量学测试中，薄膜在100 cGy/min和200 cGy/min的X射线剂量率下展现出显著的电流响应，其中（ZnO）?.?（TeO?）?.?薄膜表现出最高的剂量率响应，这可能归因于ZnO掺杂优化了薄膜的载流子迁移率和缺陷态分布。

该研究的结论强调了ZnO掺杂对TeO?薄膜性能的显著优化作用。通过合理调控ZnO的掺杂浓度，不仅能够有效改善TeO?薄膜的光学性能，还能显著提升其对X射线辐射的敏感性，使其在光学器件、辐射剂量学检测以及便携式辐射监测设备等领域具有广阔的应用前景。这一成果为开发高性能、小型化的薄膜剂量计提供了重要的理论依据和实验指导，有望推动相关技术在医疗、环境监测和核安全等领域的进一步发展。