Hfo₂ katkılı boro-tellürıt camların yapısal, fızıksel, elastık, optık ve radyasyon zırhlama özellıklerı

Bu tez çalışması, tıbbi ve nükleer radyasyon koruma uygulamalarına yönelik olarak geliştirilen HfO₂ katkılı boro-tellurit esaslı camların yapısal, termal, mekanik, optik, elastik ve radyasyon zırhlama özelliklerini kapsamlı bir şekilde incelemektedir. TeO₂–B₂O₃–WO₃–HfO₂ bileşiminden oluşan cam sistemi, 0–10 mol% aralığında değişen HfO₂ katkı oranlarıyla geleneksel ergitme-soğutma (meltquenching) yöntemiyle sentezlenmiştir. X-ışını kırınımı (XRD) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) analizleri, camların amorf yapısını ve stabil cam ağını doğrulamıştır. Raman spektroskopisi ise TeO₂'ye ait karakteristik titreşim bantlarının 561 cm⁻¹'den 547 cm⁻¹'ye kaydığını göstermiş; bu da Hf–O bağlarının oluşumu nedeniyle yapısal yeniden düzenlenmenin gerçekleştiğini ortaya koymuştur. HfO₂ ilavesi, cam matrisinde yoğunlaşmaya yol açmış; molar hacim 33.20 cm³/mol'den 31.85 cm³/mol'e düşerken, yoğunluk 4.48 g/cm³'ten 4.83 g/cm³'e yükselmiştir. Artan HfO₂ içeriğiyle birlikte camların termal özelliklerinde belirgin iyileşmeler gözlemlenmiştir. Cam geçiş sıcaklığı (Tg) 402 °C'den (T1) 419 °C'ye (T6), yumuşama sıcaklığı ise 773 K'den 952 K'ye yükselmiştir. Debye sıcaklığı da 284 K'den 314 K'ye artarak termal kararlılıktaki gelişmeyi desteklemiştir. Mekanik özellikler de benzer şekilde güçlenmiş; mikrosertlik 3.74 GPa'dan 3.98 GPa'a yükselmiş, kırılma tokluğu ise 0.26 MPa·m¹ᐟ²'den daha yüksek değerlere ulaşmıştır. Optik çalışmalar, HfO₂ katkısının artmasıyla birlikte optik bant aralığının 2.99 eV'den 1.95 eV'ye düştüğünü göstermiştir. Bu durum, camın elektronik polarizabilitesinin arttığını ve optoelektronik uygulamalar için potansiyel taşıdığını göstermektedir. Radyasyon zırhlama özellikleri, HfO₂ katkısıyla önemli ölçüde gelişmiştir. Özellikle düşük foton enerjilerinde gama ışını zırhlama verimliliği artmıştır. 80.99 keV enerjisinde kütle zayıflatma katsayısı (MAC) 2.746 cm²/g (T1) değerinden 3.246 cm²/g (T6) değerine yükselmiş; 0.356 MeV enerjisinde ortalama serbest yol (MFP) 1.6299 cm'den 1.4510 cm'ye düşerek gama zayıflatma etkinliğini artırmıştır. Ayrıca, hızlı nötron zırhlama kapasitesi de önemli ölçüde artmıştır. Hızlı nötron uzaklaştırma kesiti (ƩR), T4 numunesinde maksimuma ulaşmış ve nötron dozu absorpsiyonu %30.68 oranında artmıştır. Sonuç olarak, HfO₂'nin TeO₂–B₂O₃–WO₃ cam matrisine entegrasyonu; yapısal yoğunluk, termal ve mekanik dayanım, optik özellikler ile birlikte gama ve nötron radyasyon zırhlama performansını anlamlı şekilde iyileştirmiştir. Elde edilen bulgular, HfO₂ katkılı boro-tellurit camlarının; nükleer teknoloji, radyasyon kalkanlama sistemleri ve biyomedikal uygulamalar gibi zorlu çalışma ortamlarında kullanılabilecek çok işlevli aday malzemeler olduğunu ortaya koymaktadır. ANAHTAR KELİMELER: Mekanik özellikler, Yapısal Özellikler, Borotellurit camlar, Hafniyum dioksit (HfO₂), Termal kararlılık, Gama ışını zırhlama