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 T_c= 120 °C диэлектрическая проницаемость следует закону Кюри-Вейсса:  ε = C/T − T_c, где

ε  — диэлектрическая проницаемость,

C — постоянная Кюри, зависящая от вещества, (2900 для BaTiO₃).

T — абсолютная температура в кельвинах,

T_c — 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.