鈦酸鋇的性質(zhì)介紹
時(shí)間：2022-05-06
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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(lái)講，電介質(zhì)的電極化過(guò)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(guò)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(lái)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。
鈦酸鋇晶體是由無(wú)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(kāi)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(lái)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(chēng)之為電疇。也就是說(shuō)，通過(guò)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(lèi)型、疇壁的取向，除了主要由晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)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。
這里所說(shuō)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(wú)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。它與單晶的ε和tanδ隨溫度T的變化關(guān)系比較，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(méi)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。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。
鈦酸鋇單晶介電常數(shù)隨溫度的變化曲線
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(guò)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)。
鈦酸鋇晶體是由無(wú)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(kāi)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(lái)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(chēng)之為電疇。也就是說(shuō)，通過(guò)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(lèi)型、疇壁的取向，除了主要由晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)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。
這里所說(shuō)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(wú)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。它與單晶的ε和tanδ隨溫度T的變化關(guān)系比較，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(méi)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。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。
鈦酸鋇單晶介電常數(shù)隨溫度的變化曲線
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(guò)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)。
