تیتانات باریم

تیتانات باریم  یک ترکیب غیرآلی با فرمول شیمیایی BaTiO۳  میباشد که ترکیبی شیمیایی با شناسه پاب‌کم ۶۱۰۱۰۰۶ است. که جرم مولی آن 233.192 g/mol می‌باشد. شکل ظاهری این ترکیب، در حالت پودر، سفیدرنگ و وقتی که بصورت بلورهای بزرگ باشد شفاف است.

تیتانات باریم یک ماده سرامیک فروالکتریک است که اثر شکست نور و خصوصیات پیزوالکتریک را به نمایش میگذارد،که در خازن،مبدل الکترومکانیکی و نورشناسی استفاده میشود.
 ساختار 
راست|بندانگشتی|تصویر فوق متعلق به ساختار مکعبی تیتانات باریم است ؛ کره های قرمزرنگ بیانگر مختصات اتمی اکسیژن،کره های آبی بیانگر مختصات اتمی کاتیونهای4+Ti و کره های سبزرنگ بیانگر مختصات اتمی و محل قرارگیری کاتیونهایBa+2  میباشند.
ماده جامد در یکی از این چهار ماده بصورت چندشکلی وجود دارد که به تغییرات حرارت وابسته است این ماده جامد از درجه حرارت بالا به پایین کریستالهایش بصورت چهارتا چندشکلی متقارن میشوند که ساحتار بلوری آنها به شکل مکعب چهارضلعی ، ارتورمبیکو رومبوهدرال در می آید.

تمام این ساختارها میتوانند اثر فروالکتریکی را بوجود آورند که بر قسمتی از شکل مکعب میتواند تاثیر داشته باشد؛شکل مکعب در حرارت بالا میتواند راه آسانی برای توصیف این موارد باشد،همانطور که میتواند شامل گوشه منظمی از بخش هشت ضلعیTiO6 نیز شود و همچنین میتواند یک مکعب با رئوس O و لبه های Ti-O-Tiرا نیز تعریف کند،+Ba2 با عدد همسایگی 12 در مرکز ساختار مکعبی قراردارد.

اشکال کمتری از تقارن در حرارتهای پائینتر تشبیه شده اند و شامل حرکت+Ti4 به موقعیت خارج از مرکز میشود؛خصوصیات قابل توجه این مواد ناشی از رفتار مشترک تحریفات+Ti4 میباشد.3. Manuel Gaudon. Out-of-centre distortions around an octahedrally coordinated Ti4+ in BaTiO3.
Polyhedron, Elsevier, 2015, 88, pp.6-10. <10.1016/j.poly.2014.12.004>. <hal-01112286>

در بالاتر از نقطه ذوب، مایع تفاوت قابل ملاحظه ای نسبت به ساختارداخلی حالت جامد را دارد که میتواند با اکثر+Ti4 و با چهار اکسیژن در واحدهای چهارضلعی TiO4هماهنگ باشدو همچنین میتواندبا بیشترواحدهای کاملاهماهنگ نیز همزیستی داشته باشد.Alderman O L G; Benmore C; Neuefeind J; Tamalonis A; Weber R (2019). "Molten barium
titanate: a high-pressure liquid silicate analogue". Journal of Physics: Condensed Matter. 31
(20): 20LT01. doi:10.1088/1361-648X/ab0939 (https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab09
39). OSTI 1558227 (https://www.osti.gov/biblio/1558227). PMID 30790768 (https://pubmed.ncb
i.nlm.nih.gov/30790768).

 نحوه تولید و فرآوری 
راست|بندانگشتی|تصویر میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) قسمتهائی از BaTiO3 را نشان میدهد.اختلاف مورفولوژیها بدلیل شرایط سنتز (بارش،هیدروترمال، سلووترمال وسنتز) میباشد؛اندازه و شکل میتواند از طریق تغییرغلظت پیشسازها در دمای واکنش و زمان تغییر یابد. رنگ(اگر اضافه شود) به اهمیت سطوح مقیاس خاکستری کمک میکند. بطور عمومی سنتز تیتانات باریم از طریق بارش محلول آبی صورت میپذیرد و میتواند به ذرات اجازه دهد که به شکل کروی در اندازه خاص تولید شوند و در حدی که بتوانند با کاهش غلظت واکنشدهنده ها از چندنانومتر به چندصدنانومتر برسند.همانطور که در تصویر گزارش داده شد مقدارکمی از ذرات غلظتشان تمایل به تغییر رنگ دارند تا بتوانند از یک مورفولوژی شبیه دندریت توسعه یابند.
تیتانات باریم میتواند از روش نسبتاً ساده محلول ساخته شود.Selvaraj, M.; Venkatachalapathy, V.; Mayandi, J.; Karazhanov, S.; Pearce, J. M. (2015).
"Preparation of meta-stable phases of barium titanate by Sol-hydrothermal method" (https://doi .
org/10.1063%2F1.4935645). AIP Advances. 5 (11): 117119. Bibcode:2015AIPA....5k7119S (htt
ps://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015AIPA....5k7119S). doi:10.1063/1.4935645 (https://doi.org/1
0.1063%2F1.4935645).همچنین تیتانات باریم میتواند با گرمایش کربنات باریم و دی اکسیدتیتانیوم ساخته شود،واکنش از طریق تف جوشی ادامه می یابد.کریستالهای منفرد را میتوان در دمای1100درجه سانتیگراد از فلورید پتاسیم مذاب رشد داد.Galasso, Francis S. (1973). Barium Titanate, BaTiO3. Inorganic Syntheses. 14. pp. 142–143.
doi:10.1002/9780470132456.ch28 (https://doi.org/10.1002/9780470132456.ch28).
ISBN 9780470132456. اغلب موارد دیگر مانند دوپانتها نیز اضافه شدند تا بعنوان مثال Sr از محلول جامد باتیتانات استرانسیوم  را ایجاد کنند؛ که میتواند با تری کلرید نیتروژن واکنش دهد و یک مخلوط سبز مایل به خاکستری تولید کند که دارای خواص فروالکتریک میباشد(در شکل نشان داده شده).تلاش زیادی صرف مطالعه رابطه بین ذرات مورفولوژی و خواص آن شده است،تیتانات باریم یکی از معدود مواردی است که در ترکیبات سرامیکی شناخته شده است تا بتواند  رشددانه افراطی  را به نمایش گذارد بطوریکه دانه های درشت وجه در زمینه ای از دانه های ریز با پیامدهای عمیق در تراکم و خواص فیزیکی رشد میکنند. Journal of Crystal Growth (https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1303/1303.2761.pdf#page=2) 2012,
Volume 359, Pages 83-91, Abnormal Grain Growth

تیتانات باریم کاملامتراکم نانوکریستالی نسبت به همان ماده تهیه شده به روشهای کلاسیک40درصدبیشتر مجاز است. Nyutu, Edward K.; Chen, Chun-Hu; Dutta, Prabir K.; Suib, Steven L. (2008). "Effect of
Microwave Frequency on Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline Tetragonal Barium
Titanate". The Journal of Physical Chemistry C. 112 (26): 9659. CiteSeerX 10.1.1.660.3769 (htt
ps://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.660.3769). doi:10.1021/jp7112818 (htt
ps://doi.org/10.1021/jp7112818).

علاوه بر این ترکیبات تیتانات باریم و قلع نشان داده است که ماده فله ای با سختی و ویسکوالاستیک بیشتر از الماس را داریم.تیتانات باریم از تحولات فازی عبور میکند که شکل و حجم کریستالی را تغییر میدهد ،این تغییرات فازی منجر به تاثیرات  مدول یانگ و جابجایی در جهت مخالف حین اعمال نیرو بر کامپوزیتهای تیتانات باریم و سفتی بیشتر آنها میشود.Jaglinski, T.; Kochmann, D.; Stone, D.; Lakes, R. S. (2007). "Composite materials with
viscoelastic stiffness greater than diamond". Science. 315 (5812): 620–2.
Bibcode:2007Sci...315..620J (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007Sci...315..620J).
CiteSeerX 10.1.1.1025.8289 (https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.1025.8
289). doi:10.1126/science.1135837 (https://doi.org/10.1126/science.1135837).
PMID 17272714 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17272714). S2CID 25447870 (https://api.se 
manticscholar.org/CorpusID:25447870).

تیتانات باریم مانند بسیاری از اکسیدها در آب نامحلول است و توسط اسیدسولفوریک مورد تخریب قرارمیگیرد، باندگپ آن در دمای اتاق 3.2 eV است اما این مقدار هنگامیکه اندازه ذرات ازحدود15 نانومتر به7 نانومتر کاهش میابد به مقدار تقریبی 3.5 eV میرسد.

 کاربرد 
راست|بندانگشتی|درحال پویش اکترون انتقال میکروسکوپ فرواستیک دامنه هایی که درBaTiO3شکل میگیرند،در خنک کردن از طریق درجه حرارت کوری نقطه راس جائیکه بسته های دامنه بهم میرسند،از آنجا حرکت میکند، مرکز در بلورهای ایزومتریک(بالا)،به خارج از مرکز بصورت مستطیل(پائین).. Scott, J. F.; Schilling, A.; Rowley, S. E.; Gregg, J. M. (2015). "Some current problems in
perovskite nano-ferroelectrics and multiferroics: Kinetically-limited systems of finite lateral size"
(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5099849). Science and Technology of
Advanced Materials. 16 (3): 036001. Bibcode:2015STAdM..16c6001S (https://ui.adsabs.harvar
d.edu/abs/2015STAdM..16c6001S). doi:10.1088/1468-6996/16/3/036001 (https://doi.org/10.10
88%2F1468-6996%2F16%2F3%2F036001). PMC 5099849 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pm
c/articles/PMC5099849). PMID 27877812 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27877812).
تیتانات باریم یک ماده سرامیکی دی الکتریک است که در خازنها با مقادیر ثابت دی الکتریک تا7000کاربرد دارد ،در دمای باریک دامنه مقادیر بالغ بر15000امکان پذیراست.رایجترین موادسرامیکی وپلیمری کمتراز10است،درحالیکه سایرمواردمانند تیتانیوم دی اکسید(TiO2) مقادیری مابین 20و70 دارند. Waugh, Mark D (2010). "Design solutions for DC bias in multilayer ceramic capacitors" (http://w
ww.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2014/01/Mark-D.-Waugh.pdf) (PDF). Electronic
Engineering Times.

این یک ماده پیزوالکتریکی است که در میکروفون وسایر مبدل های دیگر استفاده میشود. در مطالعات اولیه شاهد قطبی شدن خودبخود تک بلورهای تیتانات باریم دردمای اتاق به میزان 0.15C/m2 بودند.von Hippel, A. (1950-07-01). "Ferroelectricity, Domain Structure, and Phase Transitions of
Barium Titanate". Reviews of Modern Physics. 22 (3): 221–237. Bibcode:1950RvMP...22..221V
(https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1950RvMP...22..221V). doi:10.1103/RevModPhys.22.221 (ht
tps://doi.org/10.1103/RevModPhys.22.221).که این مقدار در آخرین انتشارات به0.26C/m2رسیده است،Shieh, J.; Yeh, J. H.; Shu, Y. C.; Yen, J. H. (2009-04-15). "Hysteresis behaviors of barium
titanate single crystals based on the operation of multiple 90° switching systems". Materials
Science and Engineering: B. Proceedings of the joint meeting of the 2nd International
Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-II) and the 1st
International Conference on the Science and Technology of Solid Surfaces and Interfaces
(STSI-I). 161 (1–3): 50–54. doi:10.1016/j.mseb.2008.11.046 (https://doi.org/10.1016/j.mseb.
2008.11.046). ISSN 0921-5107 (https://www.worldcat.org/issn/0921-5107). وآن دمای کوری مابین120تا130درجه سانتیگراد است.این اختلافات مربوط به تکنیک رشد است که بلورهای شار رشد کرده کمتر از کریستال های فعلی رشد یافته با فرایند چکرالسکی خالص هستندGodefroy, Geneviève (1996). "Ferroélectricité". Techniques de l'Ingénieur Matériaux Pour
l'Électronique et Dispositifs Associés (in French). base documentaire : TIB271DUO. (ref.
article : e1870). (با فرایندCzochralski ) ، بنابراین این قطبی خودبخود بزرگتر و دمای کوری بیشتری دارد.

تیتانات باریم بعنوان یک مادهپیزوالکتریک تاحد زیادی جایگزین تیتانات زیرکونات سرب شده و همچنین بعنوانPZTشناخته میشود.پلی کریستال تیتانیوم دارای ضریب دمایی مناسبی است و آنرا بعنوان یک ماده مفید برای ترمیستورها وسیستم های اتوماتیک گرمایش الکتریکی استفاده میکنند.

بلورهای تیتانات باریم در نورشناسی غیرخطی استفاده میشود،این ماده دارای پرتوهای متصل شده زیادی است در طول موجهای قابل مشاهده و نزدیک مادون قرمز کارمیکند.این ماده دارای بالاترین بازتاب پذیری از موادمورداستفاده برای برنامه های کاربردی ترکیب فاز نوری(SPPC) است.میتواند برای ساخت 4موج پیوسته (Four-wave mixing) با توان نوری با دامنه میلی وات استفاده شود؛در کاربردهای فوتورفراکتیو تیتانات باریم میتواند توسط عناصر دیگر مثل آهن قابل دوپ باشد. "Fe:LiNbO3 Crystal" (http://www.redoptronics.com/Fe-LiNbO3-crystal.html). redoptronics.com.

لایه نازک تیتانات باریم تلفیق‌گر الکتریکی-نوری را در فرکانس های بیش از 40 گیگاهرتز نشان می دهد.Tang, Pingsheng; Towner, D.; Hamano, T.; Meier, A.; Wessels, B. (2004). "Electrooptic
modulation up to 40 GHz in a barium titanate thin film waveguide modulator". Optics Express.
12 (24): 5962–7. Bibcode:2004OExpr..12.5962T (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2004OExp
r..12.5962T). doi:10.1364/OPEX.12.005962 (https://doi.org/10.1364/OPEX.12.005962).
PMID 19488237 (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19488237).

خصوصیات فروالکتریک و پیروالکتریک تیتانات باریم در برخی از انواع سنسورهای خنک نشده برای دوربین تصویر برداری حرارتی بکار میرود.

از پودر تیتانات باریم با خلوص بالا بعنوان یک جزء اصلی جدید در سیستم ذخیره سازی انرژی برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی گزارش شده است.. "Nanoparticle Compatibility: New Nanocomposite Processing Technique Creates More
Powerful Capacitors" (http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/barium-titanate.htm ).
gatech.edu. April 26, 2007. Retrieved 2009-06-06.

باتوجه به زیست سازگاری زیاد تیتانات باریم،از نانوذرات تیتانات باریم(BTNPs) اخیراً برای دارورسانی استفاده شده است.Genchi, G.G.; Marino, A.; Rocca, A.; Mattoli, V.; Ciofani, G. (5 May 2016). "Barium titanate
nanoparticles: Promising multitasking vectors in nanomedicine". Nanotechnology. 27 (23):
232001. Bibcode:2016Nanot..27w2001G (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2016Nanot..27w2
001G). doi:10.1088/0957-4484/27/23/232001 (https://doi.org/10.1088/0957-4484/27%2
F23%2F232001). ISSN 0957-4484 (https://www.worldcat.org/issn/0957-4484). PMID 27145888
(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27145888).

اثرات مغناطیس الکتریک قوی درباره لایه های نازکی که روی زمینه ی تیتانات باریم رشد کرده اند گزارش شده است.Eerenstein, W.; Mathur, N. D.; Scott, J. F. (August 2006). "Multiferroic and magnetoelectric
materials". Nature. 442 (7104): 759–765. Bibcode:2006Natur.442..759E (https://ui.adsabs.harv
ard.edu/abs/2006Natur.442..759E). doi:10.1038/nature05023 (https://doi.org/10.1038/natur
e05023). ISSN 1476-4687 (https://www.worldcat.org/issn/1476-4687). PMID 16915279 (https://
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16915279). S2CID 4387694 (https://api.semanticscholar.org/CorpusI
D:4387694).Rafique, Mohsin (May 2017). "Giant room temperature magnetoelectric response in strain
controlled nanocomposites". Applied Physics Letters. 110 (20): 202902.
doi:10.1063/1.4983357 (https://doi.org/10.1063/1.4983357).

 کاربردهای نانوذرات باریم تیتانات 
راست|بندانگشتی|پودر تیتانات باریم
ذخیره اطلاعات: همانطور که برای بسیاری از نانوموادها  خواص نوری و الکتریکی منحصر به فرد وجود دارد، باریم تیتانات ماده ای با پتانسیل بالا برای ذخیره سازی داده های نوری با چگالی بالا در نظر گرفته می شود.

هولوگرافی داینامیک: با توجه به ویژگی های باریم تیتانات، از آن برای تولید آینه ها و لیزرهای خاص استفاده می کنند. همچنین پیش بینی می شود این ماده در آینده نقش اساسی در تولید برنامه های کاربردی هولوگرافی داینامیک داشته باشد.

سرامیک: چندین کامپوزیت سرامیکی از نانوپودر تیتانات باریم به دلیل خصوصیات بی نظیر خود، از جمله انواع سرامیک های فروالکتریک و سرامیک های نیمه هادی استفاده می کنند. باریم تیتانات در تولید خازن های سرامیکی نیز دارای ارزش است.

محاسبه: این نانوذرات می توانند پایه گذار تعدادی از برنامه های کاربردی محاسباتی برش، از جمله محاسبات نوری ، برنامه نویسی درون تراشه ، تشخیص الگو ، پردازش  تصویر نوری و موارد دیگر ارائه می دهند.

الکترونیک: بسیاری از راه های جالب تحقیق شامل ویژگی های منحصر به فردی است که توسط باریم تیتانات در مقیاس نانوذرات به نمایش گذاشته شده است.

علاوه بر این کاربردهای این ماده شامل دستگاه های پیزو الکتریک، میکرو خازن ها، سنسورهای پیرو الکتریک، واریستورها، تقویت کننده های دی الکتریک و دستگاههای برقی الکترو نوری هستند.

 واکنشهای طبیعی 
باریوپروسکایت(Barioperovskite) یک ترکیب طبیعی بسیار نادر از BaTiO3 است که به عنوان میکروکلاژن در بنتونیت یافت می شود. Ma, Chi; Rossman, George R. (2008). "Barioperovskite, BaTiO3, a new mineral from the
Benitoite Mine, California". American Mineralogist. 93 (1): 154–157.
Bibcode:2008AmMin..93..154M (https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008AmMin..93..154M).
doi:10.2138/am.2008.2636 (https://doi.org/10.2138/am.2008.2636). S2CID 94469497 (http
s://api.semanticscholar.org/CorpusID:94469497).
 سایرمقالات مشابه جهت بازدید 
تیتانات استرانسیم
تیتانات زیرکونات سرب
 جستارهای وابسته 
ترکیب شیمیایی
نام‌گذاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی
 منابع 

 پیوند به بیرون 

Nanoparticle Compatibility: New Nanocomposite Processing Technique Creates More Powerful Capacitors
EEStor's "instant-charge" capacitor batteries
[�]

رده:پروسکایت‌ها
رده:ترکیب‌های باریوم
رده:تیتانات‌ها
رده:فروالکتریسیته
رده:مواد سرامیک