Титанат бария
 Поликристаллический BaTiO 3 в пластике | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.783 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| БаТиО 3 | |
| Молярная масса | 233,192 г/моль |
| Появление | Белые кристаллы |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 6,02 г/см 3 , твердый |
| Температура плавления | 1625 ° C (2957 ° F; 1898 К) |
| нерастворимый | |
| Растворимость | Мало растворим в разбавленных минеральных кислотах; растворяется в концентрированной плавиковой кислоте |
| Запрещенная зона | 3,2 эВ (300 К, монокристалл) [1] |
Показатель преломления ( n D ) | n o = 2.412; n e = 2.360 [2] |
| Структура | |
| Четырехугольный , tP5 | |
| П4мм, №99 | |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 | |
| Предупреждение | |
| Х302 , Х332 | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Титанат бария ( БТО ) — неорганическое соединение с химической формулой BaTiO 3 . Титанат бария выглядит белым в виде порошка и прозрачным, если его приготовить в виде крупных кристаллов. Это сегнетоэлектрик , пироэлектрик и пьезоэлектрик керамический материал, обладающий фоторефрактивным эффектом . Он используется в конденсаторах , электромеханических преобразователях и нелинейной оптике .
Структура
[ редактировать ]
Твердое вещество существует в одной из четырех полиморфных модификаций в зависимости от температуры. От высокой до низкой температуры кристаллическая симметрия четырех полиморфов представляет собой кубическую , тетрагональную , ромбическую и ромбоэдрическую кристаллическую структуру . Все эти фазы, проявляют сегнетоэлектрический эффект кроме кубической фазы, . Высокотемпературную кубическую фазу легче всего описать, поскольку она состоит из правильных октаэдрических звеньев TiO 6 с общими углами , которые определяют куб с вершинами O и ребрами Ti-O-Ti. В кубической фазе Ba 2+ расположен в центре куба с номинальным координационным числом 12. Фазы более низкой симметрии стабилизируются при более низких температурах и включают движение Ti 4+ в нецентральные положения. Замечательные свойства этого материала возникают из-за совместного поведения Ti 4+ искажения. [3]
Выше температуры плавления жидкость имеет локальную структуру, значительно отличающуюся от твердой формы, при этом большая часть Ti 4+ координирован с четырьмя кислородами, в тетраэдрических звеньях TiO 4 , которые сосуществуют с более высококоординированными звеньями. [4]
Производственные и транспортно-эксплуатационные свойства
[ редактировать ]
Титанат бария можно синтезировать относительно простым золь-гидротермальным методом. [5] Титанат бария также можно получить путем нагревания карбоната бария и диоксида титана . Реакция протекает посредством жидкофазного спекания . Монокристаллы можно выращивать при температуре около 1100 °C из расплавленного фторида калия . [6] часто добавляют другие материалы В качестве легирующих добавок , например Sr, для образования твердых растворов с титанатом стронция . Это [ нужны разъяснения ] реагирует с трихлоридом азота с образованием зеленоватой или серой смеси; сегнетоэлектрические . свойства смеси сохраняются и в этом виде
Много усилий было потрачено на изучение взаимосвязи между морфологией частиц и их свойствами. Титанат бария — одно из немногих керамических соединений, которые, как известно, демонстрируют аномальный рост зерен , при котором крупные ограненные зерна растут в матрице из более мелких зерен, что оказывает серьезное влияние на уплотнение и физические свойства. [7] Полностью плотный нанокристаллический титанат бария имеет диэлектрическую проницаемость на 40% выше , чем тот же материал, приготовленный классическими способами. [8] добавление включений титаната бария к олову Показано, что позволяет получить объемный материал с более высокой вязкоупругой жесткостью , чем у алмазов. Титанат бария претерпевает два фазовых перехода, изменяющих форму и объем кристалла. Это фазовое изменение приводит к образованию композитов, в которых титанаты бария имеют отрицательный объемный модуль ( модуль Юнга ), что означает, что когда на включения действует сила, происходит смещение в противоположном направлении, что еще больше придает жесткость композиту. [9]
Как и многие оксиды , титанат бария нерастворим в воде, но разрушается серной кислотой . при комнатной температуре Его объемная запрещенная зона составляет 3,2 эВ, но она увеличивается до ~ 3,5 эВ, когда размер частиц уменьшается примерно с 15 до 7 нм. [1]
Использование
[ редактировать ]
Титанат бария представляет собой диэлектрическую керамику, используемую в конденсаторах , со значениями диэлектрической проницаемости до 7000. В узком диапазоне температур возможны значения до 15 000; наиболее распространенные керамические и полимерные материалы имеют значение менее 10, тогда как другие, такие как диоксид титана (TiO 2 ), имеют значения от 20 до 70. [11]
Это пьезоэлектрический материал, используемый в микрофонах и других преобразователях . Спонтанная поляризация монокристаллов титаната бария в диапазоне комнатных температур 0,15 Кл/м. 2 в более ранних исследованиях, [12] и 0,26 Кл/м 2 в более поздних публикациях, [13] а его температура Кюри составляет от 120 до 130 ° C. Различия связаны с техникой выращивания: ранее выращенные под флюсом кристаллы были менее чистыми, чем нынешние кристаллы, выращенные с помощью процесса Чохральского . [14] которые поэтому имеют большую спонтанную поляризацию и более высокую температуру Кюри.
В качестве пьезоэлектрического материала его в значительной степени заменил цирконат-титанат свинца , также известный как ЦТС. Поликристаллический титанат бария имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, что делает его полезным материалом для термисторов и саморегулирующихся систем электронагрева.
Кристаллы титаната бария находят применение в нелинейной оптике . Материал имеет высокий коэффициент усиления связи лучей и может работать в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. с самонакачкой Он имеет самую высокую отражательную способность среди материалов, используемых для применений ОВФ (SPPC). Его можно использовать для непрерывного четырехволнового смешивания с оптической мощностью милливаттного диапазона. Для фоторефрактивных применений титанат бария можно легировать различными другими элементами, например железом . [15]
Тонкие пленки титаната бария обладают электрооптической модуляцией до частот выше 40 ГГц. [16]
Пироэлектрические и сегнетоэлектрические свойства титаната бария используются в некоторых типах неохлаждаемых датчиков для тепловизионных камер .
Титанат бария широко используется в термисторах и нагревательных элементах с положительным температурным коэффициентом . Для этих целей титанат бария производится с добавлением легирующих добавок, придающих материалу полупроводниковые свойства. Конкретные области применения включают защиту от перегрузки по току для двигателей, балласты для люминесцентных ламп, обогреватели салона автомобиля и обогреватели бытовых помещений. [17] [18]
Сообщается, что порошок титаната бария высокой чистоты является ключевым компонентом новых конденсаторных систем хранения энергии из титаната бария для использования в электромобилях. [19]
Из-за своей повышенной биосовместимости титаната бария наночастицы (BTNP) недавно использовались в качестве наноносителей для доставки лекарств . [20]
Сообщалось о магнитоэлектрическом эффекте гигантской силы в тонких пленках, выращенных на подложках из титаната бария. [21] [22]
Естественное явление
[ редактировать ]Бариоперовскит — очень редкий природный аналог BaTiO 3 , встречающийся в виде микровключений в бенитоите . [23]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Сузуки, Кейго; Кидзима, Кадзунори (2005). «Оптическая запрещенная зона наночастиц титаната бария, полученных методом РЧ-плазменного химического осаждения из паровой фазы». Япония. Дж. Прил. Физ . 44 (4А): 2081–2082. Бибкод : 2005JaJAP..44.2081S . дои : 10.1143/JJAP.44.2081 . S2CID 122166759 .
- ^ Тонг, Синцунь Колин (2013). Современные материалы для интегрированных оптических волноводов . Springer Science & Business Media. п. 357. ИСБН 978-3-319-01550-7 .
- ^ Мануэль Годон. Нецентральные искажения вокруг октаэдрически координированного Ti4+ в BaTiO3. Полиэдр, Elsevier, 2015, 88, стр.6-10. <10.1016/ж.поли.2014.12.004>. <hal-01112286>
- ^ Олдермен ОЛГ; Бенмор С; Нойфейнд Дж; Тамалонис А; Вебер Р. (2019). «Расплавленный титанат бария: аналог жидкого силиката высокого давления». Физический журнал: конденсированное вещество . 31 (20): 20ЛТ01. Бибкод : 2019JPCM...31tLT01A . дои : 10.1088/1361-648X/ab0939 . ОСТИ 1558227 . ПМИД 30790768 . S2CID 73498849 .
- ^ Сельварадж, М.; Венкатачалапати, В.; Маянди, Дж.; Каражанов С.; Пирс, Дж. М. (2015). «Получение метастабильных фаз титаната бария золь-гидротермальным методом» . Достижения АИП . 5 (11): 117119. Бибкод : 2015AIPA....5k7119S . дои : 10.1063/1.4935645 .
- ^ Галассо, Фрэнсис С. (1973). «Титанат бария, BaTiO 3 ». Неорганические синтезы . Том. 14. стр. 142–143. дои : 10.1002/9780470132456.ch28 . ISBN 9780470132456 .
- ^ Журнал роста кристаллов 2012, том 359, страницы 83-91, Аномальный рост зерна
- ^ Ньюту, Эдвард К.; Чен, Чун-Ху; Дутта, Прабир К.; Суиб, Стивен Л. (2008). «Влияние микроволновой частоты на гидротермальный синтез нанокристаллического тетрагонального титаната бария». Журнал физической химии C. 112 (26): 9659. CiteSeerX 10.1.1.660.3769 . дои : 10.1021/jp7112818 .
- ^ Яглинский Т.; Кохманн, Д.; Стоун, Д.; Озера, РС (2007). «Композитные материалы с вязкоупругой жесткостью большей, чем у алмаза». Наука . 315 (5812): 620–2. Бибкод : 2007Sci...315..620J . CiteSeerX 10.1.1.1025.8289 . дои : 10.1126/science.1135837 . ПМИД 17272714 . S2CID 25447870 .
- ^ Скотт, Дж. Ф.; Шиллинг, А.; Роули, SE; Грегг, Дж. М. (2015). «Некоторые текущие проблемы перовскитных наносегнетоэлектриков и мультиферроиков: кинетически-ограниченные системы конечного латерального размера» . Наука и технология перспективных материалов . 16 (3): 036001. Бибкод : 2015STAdM..16c6001S . дои : 10.1088/1468-6996/16/3/036001 . ПМК 5099849 . ПМИД 27877812 .
- ^ Во, Марк Д. (2010). «Проектные решения смещения постоянного тока в многослойных керамических конденсаторах» (PDF) . Время электронной инженерии . Архивировано из оригинала (PDF) 2 ноября 2020 г. Проверено 25 ноября 2016 г.
- ^ фон Хиппель, А. (1 июля 1950 г.). «Сегнетоэлектричество, доменная структура и фазовые переходы титаната бария». Обзоры современной физики . 22 (3): 221–237. Бибкод : 1950РвМП...22..221В . дои : 10.1103/RevModPhys.22.221 .
- ^ Ши, Дж.; Да, Дж. Х.; Шу, ЮК; Йен, Дж. Х. (15 апреля 2009 г.). «Гистерезисное поведение монокристаллов титаната бария, основанное на работе нескольких систем переключения на 90 °». Материаловедение и инженерия: Б . Материалы совместного заседания 2-й Международной конференции по науке и технологиям современной керамики (STAC-II) и 1-й Международной конференции по науке и технологии поверхностей и интерфейсов твердых тел (STSI-I). 161 (1–3): 50–54. дои : 10.1016/j.mseb.2008.11.046 . ISSN 0921-5107 .
- ^ Годфруа, Женевьева (1996). «Сегнетоэлектричество». Методы материаловедения для электроники и связанных с ней устройств (на французском языке). документальная база: TIB271DUO. (ссылка на статью: e1870).
- ^ «Кристалл Fe:LiNbO 3 » . redoptronics.com .
- ^ Тан, Пиншэн; Таунер, Д.; Хамано, Т.; Мейер, А.; Вессельс, Б. (2004). «Электрооптическая модуляция до 40 ГГц в тонкопленочном волноводном модуляторе из титаната бария» . Оптика Экспресс . 12 (24): 5962–7. Бибкод : 2004OExpr..12.5962T . дои : 10.1364/OPEX.12.005962 . ПМИД 19488237 .
- ^ Термисторы PTC, общая техническая информация (PDF) . ЭПКОС АГ. 2016 . Проверено 9 мая 2022 г.
- ^ «Пелонис США: полезная информация» . Архивировано из оригинала 5 декабря 1998 года.
- ^ «Совместимость наночастиц: новая технология обработки нанокомпозитов позволяет создавать более мощные конденсаторы» . Gatech.edu . 26 апреля 2007 года . Проверено 6 июня 2009 г.
- ^ Генчи, Г.Г.; Марино, А.; Рокка, А.; Маттоли, В.; Чиофани, Г. (5 мая 2016 г.). «Наночастицы титаната бария: многообещающие векторы многозадачности в наномедицине». Нанотехнологии . 27 (23): 232001. Бибкод : 2016Nanot..27w2001G . дои : 10.1088/0957-4484/27/23/232001 . ISSN 0957-4484 . ПМИД 27145888 . S2CID 37287359 .
- ^ Эренштейн, В.; Матур, Северная Дакота; Скотт, Дж. Ф. (август 2006 г.). «Мультиферроики и магнитоэлектрические материалы». Природа . 442 (7104): 759–765. Бибкод : 2006Natur.442..759E . дои : 10.1038/nature05023 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 16915279 . S2CID 4387694 .
- ^ Рафик, Мохсин (май 2017 г.). «Гигантский магнитоэлектрический отклик при комнатной температуре в нанокомпозитах с контролируемой деформацией». Письма по прикладной физике . 110 (20): 202902. Бибкод : 2017ApPhL.110t2902R . дои : 10.1063/1.4983357 .
- ^ Ма, Чи; Россман, Джордж Р. (2008). «Бариоперовскит, BaTiO 3 , новый минерал из Бенитоитового рудника, Калифорния». Американский минералог . 93 (1): 154–157. Бибкод : 2008AmMin..93..154M . дои : 10.2138/am.2008.2636 . S2CID 94469497 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Совместимость наночастиц: новая технология обработки нанокомпозитов позволяет создавать более мощные конденсаторы
- Конденсаторные батареи EEStor с «мгновенной зарядкой»
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|