The study has been carried out to check the influence of different Al contents (0, 2, 4, 6, 8, and 10 at.%) in the structure and morphology of Al-doped ZnO nanocrystals (AZO NCs) by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray analysis (EDXS), as well as the optical properties by using the UV–vis–NIR double-beam spectrophotometer within the wavelength of 300–1100 nm. XRD pattern shows a polycrystalline behavior and strong orientation and shifts in the peaks toward higher diffraction angles for AZO NCs with a hexagonal structure, and the crystallite size reduces from 28 ± 4 nm to 16 ± 4 nm as the Al concentration rises. SEM analysis revealed that the AZO NCs exhibit dense crystal grains with sharp edges. With increasing Al concentration, AZO NCs exhibited an increase in the optical bandgap from 3.16 eV to 3.57 eV. The study of the photon attenuation characteristics and radiation shielding properties of the AZO NCs has been assessed. For varying concentrations of Al, the corresponding mass attenuation coefficient (GMAC) and linear attenuation coefficient (GLAC) were determined for different energies of the incident photons. The calculated results showed that the GMAC value dropped with a rise in the Al concentration and a fall in photon energy. However, the GLAC value increased with the increasing population density. This further extends to studying the effect of higher Al contents on reducing the effective half-value layer (GHVL) based on the thickness of the shielding. Accordingly, the present work extends further to find the effective atomic number (Zeff) and mean free path (GMFP) with respect to correlations in photon energy and Al content. However, the trends differed across the energies for evaluating the exposure buildup factor (EBF). But, in general, the present findings from this study can be used to develop Pb-free, effective radiation shielding materials.

This study investigates the characteristics of lanthanum (La)-doped lead titanate (PbLaxTi(1-3x/4)O3 where, x = 0.0, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, and 0.1), a type of perovskite ceramic. It specifically focuses on analyzing its structure, vibrational properties, and efficacy in shielding against radiation. The prepared samples are investigated by X-ray diffraction (XRD), which clarified that the small doping of La (x ≤ 0.06) produced the required phase, and increasing the La doping (x > 0.06) produced nonrequired phases (secondary phase). Also, increasing the La doping converted the crystal symmetry from tetragonal to cubic, which was confirmed by the tetragonality raio (c/a) calculations. Also, the samples are investigated by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy to confirm the XRD results. Transmission electron microscopy (TEM) examination clarified that the prepared samples were in the nanoscale range with a maximum crystallite size value of around 70 nm. In addition, the shielding effectiveness of all the prepared samples was theoretically evaluated using the Phy-X/PDS program by considering characteristics such as the linear attenuation coefficient (GLAC), mean free path (GMFP), transmission factor (TF), and radiation protection efficiency (RPE). Increasing the La concentration increases the theoretical density to 4.98 gm/cm3 at x = 0.1, leading to low TF and GMFP values and high GLAC values. This produces samples with high attenuation to radiation and high shielding effectiveness.