钛酸钡

滇酸钛 (BTO) 是一种无机化合物，化学式为 BaTiO3。 钛酸钡呈白色粉末状，制成大晶体时呈透明状。 它是一种具有光折变效应的铁电、热电和压电陶瓷材料。 它用于电容器、机电换能器和非线性光学器件。

根据温度，固体以四种多晶型物中的一种存在。 从高温到低温，这四种晶型的晶体对称性分别为立方、四方、正交和菱面体晶体结构。 除立方相外，所有这些相都表现出铁电效应。 高温立方相最容易描述，因为它由规则的共角八面体 TiO6 单元组成，这些单元定义了一个具有 O 顶点和 Ti-O-Ti 边缘的立方体。 在立方相中，Ba2+ 位于立方体的中心，标称配位数为 12。较低的对称相在较低温度下稳定，并且涉及 Ti4+ 向偏离中心位置的移动。 这种材料的显着特性源于 Ti4+ 畸变的协同行为。

在熔点以上，液体具有与固体形式截然不同的局部结构，其中大部分 Ti4+ 与四个氧配位，呈四面体 TiO4 单元，与更高配位的单元共存。

堇酸钡可以通过相对简单的溶胶-水热法合成。 碳酸钡和二氧化钛加热也可制取碳酸钡。 反应通过液相烧结进行。 单晶可以在大约 1100 °C 的温度下从熔融的氟化钾中生长出来。 通常添加其他材料作为掺杂剂，例如 Sr，以与钛酸锶形成固溶体。 与三氯化氮反应生成淡绿色或灰色混合物； 混合物的铁电特性仍然以这种形式存在。

研究颗粒形态与其性质之间的关系已经花费了大量精力。 钛酸钡是已知表现出异常晶粒生长的少数陶瓷化合物之一，其中大的刻面晶粒在更细晶粒的基体中生长，对致密化和物理特性具有深远的影响。 全致密纳米晶钛酸钡的介电常数比以经典方法制备的相同材料高 40%。 在锡中添加钛酸钡夹杂物已被证明可以产生比金刚石具有更高粘弹性刚度的块状材料。 钛酸钡经历两个改变晶体形状和体积的相变。 这种相变导致钛酸钡具有负体积模量（杨氏模量）的复合材料，这意味着当力作用于夹杂物时，会在相反方向发生位移，从而进一步加强复合材料。

与许多氧化物一样，钛酸钡不溶于水，但会被硫酸腐蚀。 它的体积室温带隙为 3.2 eV，但当粒径从大约 15 nm 减小到 7 nm 时，该带隙增加到 ~3.5 eV。

钛酸钡是一种用于电容器的介电陶瓷，介电常数值高达7000。 在一个狭窄的温度范围内，高达 15,000 的值是可能的； 最常见的陶瓷和聚合物材料小于 10，而二氧化钛 (TiO2) 等其他材料的值介于 20 和 70 之间。

它是一种用于麦克风和其他换能器的压电材料。 钛酸钡单晶在室温下的自发极化范围在早期研究中为 0.15 C/m2，在最近的出版物中为 0.26 C/m2，其居里温度在 120 至 130 °C 之间。 差异与生长技术有关，早期的通量生长晶体不如目前使用直拉法生长的晶体纯净，因此具有更大的自发极化和更高的居里温度。

作为压电材料，它已在很大程度上被锆钛酸铅（也称为PZT）所取代。 多晶钛酸钡具有正的电阻温度系数，使其成为热敏电阻和自调节电加热系统的有用材料。

钛酸钡晶体可用于非线性光学。 该材料具有高光束耦合增益，可以在可见光和近红外波长下工作。 在用于自泵浦相位共轭 (SPPC) 应用的材料中，它具有最高的反射率。 可用于毫瓦级光功率的连续波四波混频。 对于光折变应用，钛酸钡可以掺杂各种其他元素，例如 铁。

钛酸钡薄膜显示电光调制频率超过 40 GHz。

钛酸钡的热电和铁电特性用于某些类型的热像仪非制冷传感器。