Тытанат барыю (BaTiO₃) Парашок з'яўляецца асноўнай сыравінай для электроннай керамікі на аснове тытаната. Як тыповы сегнетаэлектрычны матэрыял з выдатнымі дыэлектрычнымі ўласцівасцямі, ён шырока выкарыстоўваецца ў шматслаёвых керамічных кандэнсатарах (MLCC), гідралакаторах, дэтэктарах інфрачырвонага выпраменьвання, керамічных кандэнсатарах з зернем і тэрмістарах з станоўчым тэмпературным каэфіцыентам (PTC). Маючы шырокія перспектывы прымянення, тытанат барыю лічыцца асноўным матэрыялам электроннай керамікі.
З улікам тэндэнцыі да мініяцюрызацыі, лёгкай канструкцыі, высокай надзейнасці і тонкіх электронных кампанентаў, попыт на высакаякасныя і ультратонкі парашок тытаната барыю стала ўсё больш актуальнай.
Агляд тытаната барыю
Тытанат барыю — гэта злучэнне з тэмпературай плаўлення 1618 °C, якое мае кангруэнтную форму плаўлення. Яно мае пяць крышталічных поліморфаў: шасцігранную, кубічную, тэтраганальную, артаромбічную і рамбаэдрычную. Пры пакаёвай тэмпературы тэтраганальная фаза тэрмадынамічна стабільная.
Сегнетаэлектрычнасць тытаната барыю
Калі BaTiO₃ падвяргаецца ўздзеянню моцнага электрычнага поля, узнікае ўстойлівая палярызацыя ніжэй за тэмпературу Кюры прыблізна 120 °C. Палярызаваны тытанат барыю праяўляе дзве ключавыя ўласцівасці: сегнетаэлектрычнасць і п'езаэлектрычнасць.
У сегнетаэлектрычных крышталях BaTiO₃ існуе мноства невялікіх абласцей, у якіх адрозніваюцца напрамкі спантаннай палярызацыі. Кожная вобласць складаецца з мноства элементарных ячэек з аднолькавым кірункам палярызацыі; гэтыя вобласці вядомыя як дамены. Крышталі з такімі даменнымі структурамі называюцца сегнетаэлектрычнымі крышталямі або сегнетаэлектрыкамі. Пад уздзеяннем знешняга электрычнага поля памер і геаметрыя гэтых даменаў змяняюцца адпаведна.
Тэмпература Кюры тытаната барыю
Тэмпература Кюры (Tc) BaTiO₃ адносіцца да тэмпературы фазавага пераходу паміж тэтраганальнай і кубічнай фазамі, пры якой сегнетаэлектрычны крышталь губляе сваю спантанную палярызацыю і даменная структура знікае. Тэмпература Кюры BaTiO₃ складае прыблізна 120 °C.
Спосабы падрыхтоўкі парашка тытаната барыю
Метады атрымання парашка тытаната барыю можна падзяліць на тры катэгорыі: цвёрдафазны метад, гідратэрмальны метад і золь-гель метад.
Метад цвёрдацельнага цела
Цвёрдафазны метад, таксама вядомы як высокатэмпературны цвёрдафазны сінтэз, з'яўляецца найбольш класічным падыходам да атрымання парашкоў тытаната барыю. Асноўны прынцып заключаецца ў рэакцыях з кантролем дыфузіі паміж цвёрдымі сыравіннымі матэрыяламі пры павышаных тэмпературах.
Звычайна карбанат барыю (BaCO₃) і дыяксід тытана (TiO₂) змешваюць у адпаведнасці са стехіаметрычнымі суадносінамі, пасля чаго здрабняюць і альбо гранулююць, альбо абпальваюць у рыхлым выглядзе пры высокіх тэмпературах (звычайна 1100–1300 °C) на працягу некалькіх гадзін, каб выклікаць рэакцыю ў цвёрдым стане і ўтварыць парашок BaTiO₃. Рэакцыя выглядае наступным чынам:
BaCO₃ + TiO₂ → BaTiO₃ + CO₂↑
Гэты метад адрозніваецца простым абсталяваннем і нізкай коштам і шырока выкарыстоўваецца для буйной прамысловай вытворчасці. Аднак атрыманыя парашкі звычайна маюць адносна вялікія памеры часціц (мікронны маштаб) і схільныя да агламерацыі і забруджвання прымешкамі.
· Ужыванне шліфавальнага абсталявання
- Шаравой млын: Used during the batching stage to uniformly mix raw materials and reduce particle size, thereby increasing the contact area.
- Бісерны млын: Пасля кальцынацыі тытанат барыю часта ўтварае цвёрдыя агламераты; гарызантальныя шаравыя млыны звычайна выкарыстоўваюцца для інтэнсіўнага драбнення з мэтай атрымання прадуктаў мікроннага або субмікроннага памеру.
· Перавагі і недахопы:
Нізкі кошт і высокая прадукцыйнасць, але схільнасць да ўнясення прымешак, выкліканых зносам, і атрыманне адносна буйных парашкоў.
Гідратэрмальны метад
Гідратэрмальны метад — гэта метад сінтэзу ў вадкай фазе, які праводзіцца ў водных растворах пры высокай тэмпературы і высокім ціску, і ён шырока выкарыстоўваецца для атрымання нанамаштабных парашкоў тытаната барыю.
У гэтым працэсе солі барыю (напрыклад, гідраксід барыю) і солі тытану (напрыклад, хларыд тытану) раствараюцца ў вадзе з даданнем мінералізатараў (напрыклад, NaOH). Затым сумесь рэагуе ў гідратэрмальным аўтаклаве пры тэмпературы 150–250 °C пад высокім ціскам на працягу некалькіх гадзін, непасрэдна ў выніку чаго атрымліваюцца добра крышталізаваныя парашкі BaTiO₃.
Гэты метад не патрабуе высокатэмпературнай кальцынацыі і дазваляе дакладна кантраляваць памер часціц (звычайна 50–200 нм), з высокай крышталічнасцю і фазавай чысцінёй (тэтраганальнай або кубічнай). Ён таксама экалагічна чысты. Аднак ён патрабуе складанага абсталявання і строгага кантролю ўмоў рэакцыі.
· Ужыванне шліфавальнага абсталявання
- Дысперсія папярэдніка: Перад аўтаклавнай апрацоўкай часта выкарыстоўваюцца вібрацыйныя млыны або шаравыя млыны для забеспячэння аднастайнага размеркавання суспензіі.
- Дэагламерацыя пасля апрацоўкі: Нягледзячы на тое, што гідратэрмальна сінтэзаваныя нанапарашкі маюць высокую крышталічнасць, падчас сушкі можа адбывацца мяккая агламерацыя. Рэактыўныя млыны are commonly used at this stage. Through particle–particle collisions without grinding media, jet milling effectively breaks agglomerates while avoiding metal contamination and preserving nanoscale characteristics.
· Перавагі і недахопы:
Надзвычай высокая чысціня і нанамаштабны памер часціц робяць яго пераважным метадам для вытворчасці высакаякаснага MLCC.
Золь-гель метад
Золь-гель метад — гэта тып вадкафазнага сінтэзу, які дазваляе атрымліваць парашок з малекулярным кантролем. У якасці папярэднікаў выкарыстоўваюцца алкоксиды тытана (напрыклад, тэтрабутылтытанат) і солі барыю (напрыклад, ацэтат барыю). Шляхам гідролізу ў арганічным растваральніку ўтвараецца золь, які затым ператвараецца ў гель шляхам выпарэння або награвання. Пасля сушкі і нізкатэмпературнай кальцынацыі (600–900 °C) атрымліваецца парашок BaTiO₃.
Гэты метад дазваляе атрымліваць парашкі з нанамаштабнымі памерамі часціц, высокай чысцінёй і выдатнай аднастайнасцю складу, што робіць яго прыдатным для высокапрадукцыйнай электроннай керамікі. Аднак сыравіна дарагая, і для пазбягання неаднароднага асадка патрабуецца строгі кантроль pH і тэмпературы.
· Ужыванне шліфавальнага абсталявання
- Planetary Ball Mill: Высушаны гель, атрыманы золь-гель метадам, надзвычай далікатны. Для атрымання аднастайных нанапарашкоў часта выкарыстоўваецца кароткачасовы сухі або мокры памол у планетарным шаровым млыне.
· Перавагі і недахопы:
Гэты метад забяспечвае найлепшую аднастайнасць складу, але з-за высокіх выдаткаў на сыравіну, таксічнасці растваральнікаў, хуткай агламерацыі падчас тэрмічнай апрацоўкі і строгіх патрабаванняў да кантролю працэсу яго цяжка прамыслова ўкараніць, і ў цяперашні час ён у асноўным абмежаваны лабараторнымі даследаваннямі і спецыялізаванымі прымяненнямі тонкіх плёнак.
Заключэнне
Тры асноўныя метады атрымання парашка тытаната барыю — цвёрдафазны, золь-гель і гідратэрмальны — маюць свае перавагі і абмежаванні. Цвёрдафазны метад падыходзіць для масавай вытворчасці, але дае адносна буйныя парашкі. Наадварот, золь-гель і гідратэрмальныя метады могуць вырабляць нанамаштабныя парашкі і лепш падыходзяць для высокатэхналагічных электронных прымяненняў.
Драбнільнае абсталяванне адыгрывае незаменную ролю ва ўсіх гэтых метадах: яно неабходна для змешвання сыравіны і драбнення часціц у цвёрдафазным сінтэзе, а таксама падтрымлівае дысперсію пасля апрацоўкі ў вадкафазных працэсах. Аптымізацыя параметраў драбнення, такіх як матэрыялы малольных цела, хуткасць кручэння і час драбнення, дазваляе значна палепшыць якасць і прадукцыйнасць парашкоў тытаната барыю.
Забягаючы наперад, з развіццём тэхналогій драбнення і дысперсіі, асабліва з укараненнем нанамаштабнага абсталявання для драбнення, падрыхтоўка парашкоў тытаната барыю стане больш эфектыўнай, што будзе спрыяць далейшаму стымуляванню інавацый у галіне электронных матэрыялаў.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн