《Journal of Alloys and Compounds》：Tuning structural, thermal, optical and magnetic properties of Fe-based aluminosilicate glasses-ceramics via WO
3 doping
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铁基铝硅酸盐玻璃的WO3掺杂研究系统探讨了2.5、5、10 wt% WO3含量对结构、热稳定性、光学带隙（4.1-4.2 eV）、磁性和发光性能的影响。XRD证实低WO3保持非晶态，高浓度促进金属钨相析出；热分析显示10% WO3样品热稳定性最佳；EPR和VSM表明Fe2?-O-Fe3?超交换主导磁行为，高浓度氧空位增强局部铁磁耦合；荧光光谱检测到钨酸盐相关蓝紫色发光。
Raí F. Jucá|Israel F. Cardoso|Francisco G.S. Oliveira|Otávio C. da Silva Neto|Marcos A.R. Sousa Junior|Francisco D.C. Ribeiro|Jo?o G. de Oliveira Neto|Keurison F. Magalh?es|Adriana P.B. dos Santos|Gilberto D. Saraiva|Jo?o M. Soares
北里奥格兰德州立大学物理系，巴西莫索罗市59610-210
摘要
通过熔融淬火法制备了掺钨酸盐（WO3）的含铁铝硅酸盐玻璃，以研究WO3含量对其结构、热性能、光学性质、磁性能和发光性能的影响。系统地使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜结合能量分散光谱（SEM-EDS）、差示扫描量热法、紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）光谱、拉曼光谱、电子顺磁共振（EPR）、振动样品磁强计（VSM）和光致发光分析对含有2.5%、5%和10% WO3的玻璃样品进行了表征。XRD结果表明，2.5% WO3的样品具有完全非晶态结构；而较高WO3含量促进了金属钨相的形成，这表明钨在超过其溶解限度后仍具有成核作用。SEM-EDS分析显示，随着WO3浓度的增加，微观结构的异质性增强，并出现了富含钨和硅的区域。热分析表明玻璃稳定性与WO3含量呈非线性关系，其中10% WO3的样品具有最高的成玻璃能力和热稳定性。光学测量结果显示其带隙宽度约为4.1–4.2 eV，变化较小，表明WO3主要起到网络修饰剂的作用。拉曼光谱揭示了铝硅酸盐网络的逐渐重组，表现为硅酸盐振动模式的改变以及Q?结构单元分布的变化。EPR和磁测量表明，磁行为主要由Fe2+–O–Fe3+超交换相互作用主导，WO3的掺入通常会降低饱和磁化强度，但在最高浓度时氧空位可能增强了局部铁磁耦合。荧光测量显示稳定的蓝紫色发射，这与钨酸盐相关中心有关，这一点通过CIE色度图得到了证实。这些结果表明，WO3含量能有效调节含铁铝硅酸盐玻璃的多功能性质，凸显了其在磁光和光子应用中的潜力，同时促进了萤石矿渣的可持续再利用。
部分内容摘录
引言
钨（W）是一种过渡金属，因其优异的物理性能而在工业上具有广泛的应用，尤其是在灯丝制造领域[1]、[2]、[3]、[4]。其主要来源是萤石矿物（CaWO4），全球大部分钨都从中提取[5]、[6]、[7]。然而，萤石的开采会产生大量尾矿。在巴西，主要开采区位于塞里多（Seridó）地区，具体在布雷茹（Breju）。
样品制备
铝硅酸盐玻璃采用传统的熔融淬火技术制备。基础玻璃配方参考了先前的研究[13]，由SiO2–Al2O3–CaO–MgO–K2O–MnO–Fe2O3组成。WO3作为掺杂剂，其添加浓度分别为2.5%、5%和10%。前驱体粉末在玛瑙研钵中手动混合30分钟后，放入碳坩埚中在1350°C下熔化20分钟以确保完全熔化，随后迅速淬火。
通过XRD进行结构分析
图2显示了掺WO3的铝硅酸盐样品（WO3浓度分别为2.5%、5%和10%）的XRD图谱，这些图谱提供了关于材料结构特征和结晶性的宝贵信息。2.5% WO3的样品表现出典型的非晶态，未检测到任何结晶相，这一点通过20–35°（2θ）范围内宽的漫射峰得到证实。这种行为是玻璃态铝硅酸盐材料的特征，也与现有研究结果一致。
结论
本研究系统地展示了WO3掺入对熔融淬火法制备的含铁铝硅酸盐玻璃的结构、热性能、光学性质、磁性能和荧光性能的影响。结果表明，低WO3含量（2.5%）保持了玻璃的非晶态；而较高浓度（5%和10%）促进了金属钨相的生成，证实WO3既起到网络修饰剂的作用，也促进了结晶过程。
CRediT作者贡献声明
Otávio C. da Silva Neto：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。
Oliveira Francisco G. S.：撰写初稿、实验研究、概念构建。
Israel F. Cardoso：撰写初稿、方法学设计、数据分析、数据管理、概念构建。
Raí F. Jucá：撰写初稿、结果可视化、数据验证、实验研究、数据分析、概念构建。
Keurison F. Magalh?es：撰写初稿。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
所有作者感谢以下巴西研究资助机构的支持：FUNCAP（塞阿拉州科学技术发展基金会，资助编号#UNI-0210-00410.01.00/23、FPD-0213-00204.01.00/23和08449/2023-1）、CNPq（国家科学技术发展委员会，资助编号#309985/2022-6）、CAPES（高等教育人员培训协调委员会，资助代码001）以及FAPEMA（科学研究与发展支持基金会）。
