鈦酸鋇鐵電疇

鈦酸鋇晶體是由無數(shù)鈦酸鋇晶胞組成的。當(dāng)立方鈦酸鋇晶體冷卻到居里點(diǎn)Tc時(shí)，將開始產(chǎn)生自發(fā)極化，并同時(shí)進(jìn)行立方相向四方相的轉(zhuǎn)變。在發(fā)生自發(fā)極化的時(shí)候，其中一部分相互臨近的晶胞都沿著原來立方晶胞的某個(gè)晶軸產(chǎn)生自發(fā)極化，而另一部分相互臨近的晶胞可能沿原立方晶胞的另一個(gè)晶軸產(chǎn)生自發(fā)極化。這樣當(dāng)鈦酸鋇轉(zhuǎn)變成四方相后，晶體就出現(xiàn)了沿不同方向自發(fā)極化的晶胞小單元，我們稱之為電疇。也就是說，通過降低溫度，晶體從順電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相時(shí)，由于自發(fā)極化，引起表面靜電相互作用變化，產(chǎn)生電疇結(jié)構(gòu)。

電疇的類型、疇壁的取向，除了主要由晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性決定外，同時(shí)還要滿足以下兩個(gè)條件: ① 晶格形變的連續(xù)性:電疇形成的結(jié)果，使得沿疇壁而切割晶體所產(chǎn)生的兩個(gè)表面上的晶格連續(xù)并相匹配。 ② 自發(fā)極化分量的連續(xù)性:兩相鄰電疇的自發(fā)極化強(qiáng)度在垂直于疇壁方向上的分量相等。 因此，在四方鈦酸鋇單晶中，相鄰電疇的自發(fā)極化方向只能相交成180°或90°，即只存在180°疇和90°疇。在單斜晶系鈦酸鋇中，由于自發(fā)極化沿原立方晶胞的面對(duì)角線，因此除了180°和90°疇外，還存在60°和120°疇。而在三斜晶系鈦酸鋇中，除了存在180°疇外，還存在60°和109°疇。

鈦酸鋇是一種典型的鐵電體，所以提到鈦酸鋇，就一定要提到它的自發(fā)極化 。一般來講，電介質(zhì)的電極化過程(方式)有三種，即電子位移極化、離子位移極化和固有電矩轉(zhuǎn)向極化。對(duì)于鈦酸鋇而言，經(jīng)過物理學(xué)家的嚴(yán)格推算，鈦酸鋇的自發(fā)極化的貢獻(xiàn)主要來自于Ti的離子位移極化和氧八面體其中一個(gè)O的電子位移極化。具體的推算過程過程比較簡(jiǎn)單，但內(nèi)容冗長(zhǎng)，這里不予敘述，請(qǐng)讀者參考有關(guān)書籍。

中文名稱:鈦酸鋇

英文別名:Bariumtitanatesinteredlumpmmwhitepieces;

barium titanium trioxide; Bariumtitanatewhitepowder;

Barium titanate; BARIUM TITANATE, 99%; Barium titanium oxide;

barium(+2) cation; oxygen(-2) anion; titanium(+4) cation;

barium dioxido(oxo)titanium; dibarium tetraoxidotitanium

CAS號(hào):12047-27-7

EINECS:234-975-0

風(fēng)險(xiǎn)術(shù)語:R20/22:;

安全術(shù)語:S28A:;

性狀:白色粉末。

熔點(diǎn) :1625℃

相對(duì)密度:6.017 g/cm

溶解性:溶于濃硫酸、鹽酸及氫氟酸，不溶于熱的稀硝酸、水和堿。

鈦酸鋇是一致性熔融化合物，其熔點(diǎn)為1618℃。在此溫度以下，1460℃以上結(jié)晶出 來的鈦酸鋇屬于非鐵電的六方晶系6/mmm點(diǎn)群。此時(shí)，六方晶系是穩(wěn)定的。在1460~130℃之間鈦酸鋇轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎解}鈦礦型結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中Ti(鈦離子)居于O(氧離子)構(gòu)成的氧八面體中央，Ba(鋇離子)則處于八個(gè)氧八面體圍成的空隙中(見右圖)。此時(shí)的鈦酸鋇晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性極高，因此無偶極矩產(chǎn)生，晶體無鐵電性，也無壓電性。

隨著溫度下降，晶體的對(duì)稱性下降。當(dāng)溫度下降到130℃時(shí)，鈦酸鋇發(fā)生順電-鐵電相變。在130~5℃的溫區(qū)內(nèi)，鈦酸鋇為四方晶系4mm點(diǎn)群，具有顯著地鐵電性，其自發(fā)極化強(qiáng)度沿c軸方向，即[001]方向。鈦酸鋇從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄禃r(shí)，結(jié)構(gòu)變化較小。從晶胞來看，只是晶胞沿原立方晶系的一軸(c軸)拉長(zhǎng)，而沿另兩軸縮短。

當(dāng)溫度下降到5℃以下，在5~-90℃溫區(qū)內(nèi)，鈦酸鋇晶體轉(zhuǎn)變成正交晶系mm2點(diǎn)群，此時(shí)晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強(qiáng)度沿原立方晶胞的面對(duì)角線[011]方向。為了方便起見，通常采用單斜晶系的參數(shù)來描述正交晶系的單胞。這樣處理的好處是使我們很容易地從單胞中看出自發(fā)極化的情況。鈦酸鋇從四方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)檎痪?，其結(jié)構(gòu)變化也不大。從晶胞來看，相當(dāng)于原立方晶系的一根面對(duì)角線伸長(zhǎng)了，另一根面對(duì)角線縮短了，c軸不變。

當(dāng)溫度繼續(xù)下降到-90℃以下時(shí)，晶體由正交晶系轉(zhuǎn)變?yōu)槿骄?m點(diǎn)群，此時(shí)晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強(qiáng)度方向與原立方晶胞的體對(duì)角線[111]方向平行。鈦酸鋇從正交晶系轉(zhuǎn)變成三方晶系，其結(jié)構(gòu)變化也不大。從晶胞來看，相當(dāng)于原立方晶胞的一根體對(duì)角線伸長(zhǎng)了，另一根體對(duì)角線縮短了。

綜上所述，在整個(gè)溫區(qū)(<1618℃)，鈦酸鋇共有五種晶體結(jié)構(gòu)，即六方、立方、四方、正交、三方，隨著溫度的降低，晶體的對(duì)稱性越來越低。在130℃(即居里點(diǎn))以上，鈦酸鋇晶體呈現(xiàn)順電性，在130℃以下呈現(xiàn)鐵電性。

鈦酸鋇是一種強(qiáng)介電化合物材料，具有高介電常數(shù)和低介電損耗，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，被譽(yù)為"電子陶瓷工業(yè)的支柱"。

這里所說的鈦酸鋇的介電性質(zhì)主要指的是鈦酸鋇陶瓷的介電性質(zhì) 。 鈦酸鋇陶瓷的介電性能基本上和鈦酸鋇單晶的相似。但由于陶瓷是多晶結(jié)構(gòu)，存在晶粒和晶界。晶粒的大小和無序取向，晶界中玻璃相及雜質(zhì)的存在，均直接影響其介電特性，使其與單晶的有所不同。

純鈦酸鋇陶瓷的ε在a軸和c軸隨溫度T的變化關(guān)系如右圖下。它與單晶的ε和tanδ隨溫度T的變化關(guān)系(右圖上)比較，在Tc附近的ε的特性相差不大，但在5℃和-90℃兩相變溫度附近卻沒有單晶那樣變 化 顯著。

另外，鈦酸鋇陶瓷的晶粒的大小也會(huì)影響ε和溫度T的變化關(guān)系(如下圖)。右圖可以看出，隨著晶粒尺寸的減小，在Tc以下ε增大，而在Tc附近ε峰值降低。

鈦酸鋇是一種強(qiáng)介電材料，是電子陶瓷中使用最廣泛的材料之一，被譽(yù)為"電子陶瓷工業(yè)的支柱"。關(guān)于鈦酸鋇的研究實(shí)在太多太多。國(guó)內(nèi)外許多的學(xué)者對(duì)鈦酸鋇做了大量的研究工作，通過摻雜改性，已經(jīng)得到了大量的新材料，尤其是在MLCC方面的應(yīng)用。其應(yīng)用前景極其廣闊，期待我們的加入。

主要用于電子陶瓷、PTC熱敏電阻、電容器等多種電子元器件的配制以及一些復(fù)合材料的增強(qiáng)。