Уикипедия

Бариев титанат

химично съединение

Бариевият титанат е неорганично съединение с химична формула BaTiO3. То е бяло и прахообразно, но прозрачно под формата на големи кристали. Баревият титнат е фероелектричен и феромагнитен[1] керамичен материал. Притежава фоторефлективни и пиезоелектрични свойства. Използва се за направата на кондензатори, електромеханични преобразуватели, както и в нелинейна оптика.

Бариев титинат
Имена
Другибаритоперсковит
Свойства
ФормулаBaTiO3
Моларна маса233,192 g
Външен видбели кристали
Плътност6,02 g/cm3
Точка на топене1,625 °C (1,898 K)
Разтворимост внеразтворим във вода
Забранена зона3,2 eV (300 K, единичен кристал)
Идентификатори
CAS номер12047-27-7
PubChem6101006
ChemSpider3636665
RTECSXR1437333
SMILES[Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-]
InChIInChI=1S/Ba.3O.Ti/q+2;;2*-1;
InChI ключWNKMTAQXMLAYHX-UHFFFAOYSA-N
UNII73LKE302QO
Данните са при стандартно състояние на материалите (25 °C, 100 kPa), освен ако не е указано друго.
Бариев титанат в Общомедия
Структура на кубичен BaTiO3. Червените сфери са оксидни (2-) йони, сините са Ti4+ катиони, а зелените сфери са Ba2+.

Твърдият бариев титанат съществува в четири полиморфни състояния в зависимост от температурата. От висока към ниска температура, кристалните системи биват кубична, тетрагонална, орторомбична и ромбоедрична. Освен кубичната система, всичките са фероелектрици.

Разпространение

редактиране

Бариоперовскитът е много рядък естествен BaTiO3, открит като микровключвания в бенитоит.[2]

Получаване

редактиране
 
Сканираща електронна микроскопия (SEM) изображения, показващи частици от BaTiO3. Различните морфологии зависят от условията на синтез (утаяване, хидротермален и солвотермален синтез): размерът и формата могат да варират при промяна на концентрацията на прекурсорите, реакционната температура и времето. Оцветяването (ако е добавено) помага да се подчертаят нивата на сивата скала. Синтезът на бариев титанат чрез утаяване от воден разтвор позволява да се получат частици със сферична форма и размер от няколко до няколкостотин нанометра чрез намаляване на концентрацията на реагентите. При много ниска концентрация частиците имат тенденция да развиват дендритна морфология.

Бариев титанат може да бъде синтезиран чрез хидротермален метод.[3] Съединението може да бъде получено чрез нагряване на бариев карбонат и титанов диоксид:

 

Реакцията протича чрез синтероване в течно състояние. Единични кристали се образуват около 1100 °C от разтопен калиев флуорид.[4]

Други материали често се добавят за легиране, например стронций, за да се образуват твърди разтвори със стронциев титанат. Фероелектричните свойства на сместа присъстват и в тази форма.

Свойства

редактиране

Бариевият титанат е един от малкото керамични материали, проявяващи необикновен растеж, при който големите фасетирани зърна растат в матрица от по-фини зърна, което има значение за уплътняването и физичните му свойства.[5] Напълно уплътненият нанокристален бариев титанат има 40% по-висока диелектрична проницаемост спрямо същия материал, синтезиран по класически методи.[6] Добавки на бариев титанат към калай образуват насипен материал с по-висока еластична твърдост от диамантите. BaTiO3 преминава през два фазови прехода, които променят формата и обема на кристала. Тази фазова промяна води до образуването на смеси, при които BaTiO3 има отрицателен модул на свиваемост. Тогава силата, действаща върху добавката, води до изместване в обратна посока, което допълнително заздравява сместа.[7]

Подобно на много оксиди, бариевият титанат е неразтворим във вода, но реагира със сярна киселина.

Приложение

редактиране
 
Сканираща трансмисионна електронна микроскопия на фероеластичните домени, които се образуват в BaTiO 3 при охлаждане до температурата на Кюри. Точката на върха, където се срещат сноповете на домейни, се премества от центъра в изометрични кристали (отгоре) към извън центъра в продълговати (долу).[8]

Бариевият титанат е диелектричнен керамичен материал, използвана в кондензатори. Има стойности на диелектрична константа до 7000. В тесен температурен диапазон са възможни стойности до 15 000. При най-често срещаните керамични и полимерни материали този показател не надвишава 10, докато при други, като титанов диоксид (TiO2), стойността варира между 20 и 70.[9]

Съединението е пиезоелектричен материал, използван в микрофони и други преобразуватели. Спонтанната поляризация на монокристалите на бариев титанат при стайна температура варира между 0,15 C/m2 в по-ранни проучвания, [10] и 0,26 C/m2 в по-нови публикации.[11] Температурата му на Кюри е между 120 и 130 °C. Разликите са свързани с техниката на растеж, като по-ранните кристали, отглеждани с поток, не са толкова чисти, колкото настоящите кристали, отглеждани чрез процеса на Чокралски.[12] Тези кристали имат по-голяма спонтанна поляризация и по-висока температура на Кюри.

Като пиезоелектричен материал, BaTiO3 до голяма степен е заменен от оловен цирконат титанат – Pb[ZrxTi1−x]O3 (0≤x≤1). Поликристалният бариев титанат има положителен температурен коефициент на съпротивление, което го прави подходящ за терморезистори и саморегулиращи се електрически отоплителни системи.

Кристалите на бариевия титанат намират приложение в нелинейната оптика. Материалът има високо усилване (high beam coupling gain) и може да работи във видимата и близката инфрачервена област. Той има най-високата отражателна способност от материалите, използвани за приложения със самонапомпване (phase conjugation (SPPC)). Може да се използва за непрекъснато смесване на четири вълни с оптична мощност от миливатовия (mW) диапазон.

За фоторефрактивни нужди съединението може да бъде легирано с друг елемент, например желязо.[13]

Тънките слоеве от бариев титанат имат електрооптична модулация с честоти над 40 GHz.[14]

Пироелектрическите и фероелектричните свойства на бариевият титанат се използват в някои видове неохладени сензори за термокамери.

Прахобразен BaTiO3 с висока чистота е ключов компонент в иновативни батерии с кондензатори от бариев титанат, използвани в електрически превозни средства.[15]

Поради повишената си биосъвместимост, наночастиците от бариев титанат се използват като наноносители за иновативна доставка на лекарства.[16]

Съобщава се за голям магнитоелектричен ефект на тънки слоеве, получени върху субстрат от бариев титанат.[17][18]

Източници

редактиране
  1. ↑ Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2011. ISBN 978-954-322-831-7. с. 209.
  2. ↑ Ma, Chi и др. Barioperovskite, BaTiO3, a new mineral from the Benitoite Mine, California // American Mineralogist 93 (1). 2008. DOI:10.2138/am.2008.2636. с. 154 – 157.
  3. ↑ Selvaraj, M. и др. Preparation of meta-stable phases of barium titanate by Sol-hydrothermal method // AIP Advances 5 (11). 2015. DOI:10.1063/1.4935645. с. 117119.
  4. ↑ Galasso, Francis S. Barium Titanate, BaTiO3. Т. 14. 1973. ISBN 9780470132456. DOI:10.1002/9780470132456.ch28. с. 142 – 143.
  5. ↑ Journal of Crystal Growth 2012, Volume 359, Pages 83 – 91, Abnormal Grain Growth
  6. ↑ Nyutu, Edward K. и др. Effect of Microwave Frequency on Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline Tetragonal Barium Titanate // The Journal of Physical Chemistry C 112 (26). 2008. DOI:10.1021/jp7112818. с. 9659.
  7. ↑ Jaglinski, T. и др. Composite materials with viscoelastic stiffness greater than diamond // Science 315 (5812). 2007. DOI:10.1126/science.1135837. с. 620 – 2.
  8. ↑ Scott, J. F. и др. Some current problems in perovskite nano-ferroelectrics and multiferroics: Kinetically-limited systems of finite lateral size // Science and Technology of Advanced Materials 16 (3). 2015. DOI:10.1088/1468-6996/16/3/036001. с. 036001.
  9. ↑ Waugh, Mark D. Design solutions for DC bias in multilayer ceramic capacitors // Electronic Engineering Times. 2010. Архивиран от оригинала на 2020-11-02.
  10. ↑ von Hippel, A. Ferroelectricity, Domain Structure, and Phase Transitions of Barium Titanate // Reviews of Modern Physics 22 (3). 1950-07-01. DOI:10.1103/RevModPhys.22.221. с. 221 – 237.
  11. ↑ Shieh, J. и др. Hysteresis behaviors of barium titanate single crystals based on the operation of multiple 90° switching systems // Materials Science and Engineering: B 161 (1 – 3). 2009-04-15. DOI:10.1016/j.mseb.2008.11.046. с. 50 – 54.
  12. ↑ Godefroy, Geneviève. Ferroélectricité // Techniques de l'Ingénieur Matériaux Pour l'Électronique et Dispositifs Associés base documentaire : TIB271DUO. (ref. article : e1870). 1996.
  13. ↑ Fe:LiNbO3 Crystal // redoptronics.com.
  14. ↑ Tang, Pingsheng и др. Electrooptic modulation up to 40 GHz in a barium titanate thin film waveguide modulator // Optics Express 12 (24). 2004. DOI:10.1364/OPEX.12.005962. с. 5962 – 7.
  15. ↑ Nanoparticle Compatibility: New Nanocomposite Processing Technique Creates More Powerful Capacitors // gatech.edu. Посетен на 2009-06-06.
  16. ↑ Genchi, G.G. и др. Barium titanate nanoparticles: Promising multitasking vectors in nanomedicine // Nanotechnology 27 (23). 5 May 2016. DOI:10.1088/0957-4484/27/23/232001. с. 232001.
  17. ↑ Rafique, Mohsin. Giant room temperature magnetoelectric response in strain controlled nanocomposites // Applied Physics Letters 110 (20). May 2017. DOI:10.1063/1.4983357. с. 202902.
  18. ↑ Eerenstein, W. и др. Multiferroic and magnetoelectric materials // Nature 442 (7104). August 2006. DOI:10.1038/nature05023. с. 759 – 765.
    Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата Barium titanate в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите. ​

ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.​

Взето от „https://bg.wikipedia.org/w/index.php?title=Бариев_титанат&oldid=12144053“.