Титанат бария

Титанат бария — соединение оксидов бария и титана BaTiO3. Бариевая соль несуществующей в свободном виде метатитановой кислоты — H2TiO3. Кристаллическая модификация титаната бария со структурой перовскита является сегнетоэлектриком, обладающим фоторефрактивным и пьезоэлектрическим эффектом. После открытия Б. М. Вулом в 1944 году сегнетоэлектрических свойств у титаната бария начался принципиально новый этап в исследовании сегнетоэлектриков.

Физические свойства

Титанат бария представляет собой бесцветные кристаллы. Нерастворим в воде.

При понижении температуры в кристаллах титаната бария происходит ряд последовательных сегнетоэлектрических фазовых переходов: при 120 °C они переходят из кубической (параэлектрической) фазы с пространственной группой Pm3m в тетрагональную полярную (сегнетоэлектрическую) фазу с пространственной группой P4mm, затем при 5 °C следует переход в орторомбическую полярную фазу с пространственной группой Amm2 и, наконец, при −90 °C — в ромбоэдрическую полярную фазу с пространственной группой R3m. Все три перехода — переходы первого рода, так что при изменении температуры диэлектрическая проницаемость меняется скачками. Выше температуры Tc= 120 °C диэлектрическая проницаемость следует закону Кюри-Вейсса: ε = C T − T c , {displaystyle varepsilon ={frac {C}{T-T_{c}}},} где

ε {displaystyle varepsilon } — диэлектрическая проницаемость, C — постоянная Кюри, зависящая от вещества, (2900 для BaTiO3). T — абсолютная температура в кельвинах, Tc — температура Кюри, К.

Титанат бария характеризуется высокими значениями диэлектрической проницаемости (до 104; 1400±250 при н.у.); на его основе разработано несколько типов сегнетоэлектрической керамики, используемых для создания конденсаторов, пьезоэлектрических датчиков, позисторов.

Кроме кубической модификации со структурой перовскита, известна гексагональная модификация титаната бария (пр. гр. P63/mmc), устойчивая при температуре выше 1430 °C.

Получение

Титанат бария получают спеканием BaCO3 с TiO2 при 1100 °C:

BaCO3 + TiO2 = BaTiO3 + CO2↑.

Для выращивания монокристаллов используется раствор BaCO3 и TiO2 в расплавах KF или BaCl2.

Существует и пероксидный метод:

TiCl4 + BaCl2 + 2H2O2 + 6NH4OH = BaO2O2TiO•2H2O↓ + 6NH4Cl + 3H2O

BaO2O2TiO•2H2O = BaTiO3 + O2↑ (разложение при 700 °C)

Титанат бария также можно получить разложением барий-титанил оксалата Ba(TiO)(C2O4)2.

Применение

Титанат бария используется в качестве диэлектрика при изготовлении керамических конденсаторов, а также в качестве материала для пьезоэлектрических микрофонов и пьезокерамических излучателей.