Оксид титана висмута (Bi4Ti3O12)

Описание

Оксид титана висмута Bi4Ti3O12 (титанат висмута) — сложный оксид со слоистой перовскитоподобной структурой Ауривиллиуса, состоящей из чередующихся слоёв [Bi2O2]2+ и перовскитных блоков [Bi2Ti3O10]2-. CAS-номер 12010-77-4, номер ЕС 234-564-6. Относится к классу сегнетоэлектрических керамических материалов.

Основные атрибуты

• CAS №: 12010-77-4
• Химическая формула: Bi4Ti3O12 (Bi, O, Ti)
• Молекулярный вес: 1171,52
• Точная масса: 1171,70000
• Номер ЕС: 234-564-6
• Характеристики PSA: 202

Физико-химические характеристики

• Температура плавления: 1203 °C

Синонимы

Оксид висмута титана (Bi4Ti3O12); титанат висмута (IV) (Bi4(TiO4)3); титанат висмута (Bi4(TiO4)3); дополнительные номера CAS 872131-38-9, 251346-58-4, 1032194-14-1.

Класс вещества и механизм действия

Bi4Ti3O12 — сегнетоэлектрик семейства Ауривиллиуса с высокой температурой Кюри около 675 °C и большой спонтанной поляризацией порядка 50 мкКл/см2. Ниже точки Кюри кристаллическая структура теряет центр симметрии, домены получают устойчивую электрическую поляризацию, направление которой переключается внешним полем — на этом принципе строится работа сегнето- и пьезоэлектрических устройств на его основе.

Область применения

Материал применяется в электронной промышленности при производстве конденсаторов, пьезоэлектрических преобразователей, датчиков и элементов энергонезависимой памяти. Благодаря высокой температуре Кюри титанат висмута рассматривается как один из наиболее перспективных бессвинцовых пьезоматериалов для высокотемпературных применений — ультразвуковых двигателей, преобразователей и пироэлектрических сенсоров, где керамика на основе Bi4Ti3O12, синтезированная золь-гель методом или твёрдофазной реакцией, сохраняет рабочие характеристики при повышенных температурах.

Особенности и ограничения

Практическое применение материала ограничивает повышенная проводимость утечки, которая осложняет процесс поляризации керамики. Для повышения пьезоэлектрических характеристик и снижения проводимости в структуру вводят легирующие добавки и регулируют содержание кислородных вакансий. Ведутся исследования по улучшению диэлектрических и пироэлектрических свойств керамики Bi4Ti3O12 при варьировании температуры спекания и способа синтеза.

Хранение и обращение

Хранить в сухом помещении в плотно закрытой таре, избегая контакта с влагой и пылеобразования. При работе с порошком использовать средства защиты органов дыхания и перчатки.

Методы получения

Керамику Bi4Ti3O12 получают твёрдофазной реакцией оксида висмута Bi2O3 и оксида титана TiO2 при высокотемпературном спекании, а также золь-гель методом из алкоксидных или нитратных прекурсоров, что позволяет получать более однородную микроструктуру и мелкозернистые плёнки для тонкоплёночных устройств. Показатель PSA 202 отражает высокую полярность кислородного каркаса структуры, определяющую диэлектрические свойства материала.

Сравнение с другими фазами Ауривиллиуса

В семействе слоистых перовскитоподобных оксидов Ауривиллиуса Bi4Ti3O12 выделяется одной из самых высоких температур Кюри, что отличает его от родственных соединений типа SrBi2Ta2O9 или Bi3TiNbO9, применяемых в основном при более умеренных рабочих температурах.