बेरियम टाइटेनेट

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बेरियम टाइटेनेट (BTO) रासायनिक सूत्र BaTiO3 वाला एक अकार्बनिक यौगिक है। बेरियम टाइटेनेट एक पाउडर के रूप में सफेद दिखाई देता है और बड़े क्रिस्टल के रूप में तैयार होने पर पारदर्शी होता है। यह एक फेरोबिजली, पाइरोविद्युतीय और पीजोविद्युतीय सिरेमिक सामग्री है जो प्रकाश अपवर्तक प्रभाव प्रदर्शित करती है। इसका उपयोग संधारित्र, विद्युत ट्रांसड्यूसर और गैर रेखीय प्रकाश में किया जाता है।

संरचना

Main article: पर्कोव्साइट (संरचना)
घनिक बैटीओ की संरचना3. लाल गोले ऑक्साइड केंद्र है, नीला Ti है4+ धनायन, और हरे गोले बा है2+.

तापमान के आधार पर ठोस चार बहुरूपों में से एक में उपस्तिथ होता है। उच्च से निम्न तापमान तक, चार बहुरूपों के ये क्रिस्टल समरूपताएँ घन क्रिस्टल प्रणाली, टेट्रागोनल क्रिस्टल प्रणाली, ऑर्थोरोम्बिक क्रिस्टल प्रणाली और त्रिकोणीय क्रिस्टल प्रणाली क्रिस्टल संरचना है। ये सभी चरण घनिक चरण के अतिरिक्त फेरोविद्युतीय प्रभाव प्रदर्शित करते है। उच्च तापमान घनिक चरण का वर्णन करना सबसे आसान होता है, क्योंकि इसमें नियमित ऑक्टाहेड्रल TiO6 इकाइयाँ होती है जो O कोने और Ti-O-Ti किनारों के साथ घन को परिभाषित करती है। घनिक चरण में, Ba2+ घन के केंद्र में स्थित होता है, जिसकी नाममात्र समन्वय संख्या 12 होती है। निम्न समरूपता चरण कम तापमान पर स्थिर होते है और Ti4+ को ऑफ-सेंटर स्थिति में ले जाते है। इस सामग्री के उल्लेखनीय गुण Ti4+ विकृतियों के सहकारी व्यवहार से उत्पन्न होते है।[1]

गलनांक के ऊपर, तरल की ठोस रूपों की तुलना में उल्लेखनीय रूप से भिन्न स्थानीय संरचना होती है, जिसमें अधिकांश Ti4+ टेट्राहेड्रल TiO4 इकाइयों में चार ऑक्सीजन के साथ समन्वित होते है, जो अधिक उच्च समन्वित इकाइयों के साथ सह-अस्तित्व में रहते है।[2]

उत्पादन और हैडलिंग गुण

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियों में BaTiO के कण दिखाई दे रहे है3. विभिन्न आकारिकी संश्लेषण स्थितियों (वर्षा, हाइड्रोथर्मल और सॉल्वोथर्मल संश्लेषण) पर निर्भर करती है: अग्रदूतों की एकाग्रता, प्रतिक्रिया तापमान और समय को बदलकर आकार और आकार भिन्न हो सकते है। रंग (यदि जोड़ा गया है) ग्रेस्केल स्तरों पर जोर देने में मदद करता है। सामान्यतः, जलीय घोल से वर्षा द्वारा बेरियम टाइटेनैट का संश्लेषण आकार के साथ गोलाकार आकार वाले कणों का उत्पादन करने की अनुमति देता है जिसे कुछ नैनोमीटर से लेकर कई सौ नैनोमीटर तक अभिकारकों की एकाग्रता को कम करके सिलवाया जा सकता है। बहुत कम सांद्रता पर कणों में वृक्ष के समान आकारिकी विकसित करने की प्रवृत्ति होती है, जैसा कि छवियों में बताया गया है।

बेरियम टाइटेनेट को अपेक्षाकृत सरल सोल-हाइड्रोथर्मल विधि द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है।[3] बेरियम टाइटेनेट को बेरियम कार्बोनेट और रंजातु डाइऑक्साइड को गर्म करके भी निर्मित किया जा सकता है। प्रतिक्रिया तरल चरण तंत्री के माध्यम से आगे बढ़ती है। पिघला हुआ पोटेशियम फ्लोराइड से लगभग 1100 डिग्री सेल्सियस पर एकल क्रिस्टल उगाए जा सकते है।[4] अन्य सामग्रियों को अधिकांशतः डोपेंट के रूप में जोड़ा जाता है, उदाहरण के लिए, स्ट्रोंटियम टाइटेनेट के साथ ठोस समाधान बनाने के लिए सीनियर। यह नाइट्रोजन ट्राइक्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करता है और एक हरे या भूरे रंग का मिश्रण उत्पन्न करता है, मिश्रण के फेरोविद्युतीय गुण अभी भी इसी रूप में उपस्तिथ होते है।

कण आकृति विज्ञान और उसके गुणों के बीच संबंध का अध्ययन करने में अधिक प्रयास किए गए है। बेरियम टाइटेनेट कुछ सिरेमिक यौगिकों में से एक है जो असामान्य अनाज वृद्धि को प्रदर्शित करने के लिए जाना जाता है, जिसमें घनत्व और भौतिक गुणों पर गहरा प्रभाव के साथ बड़े आकार वाले अनाज महीन अनाज के मैट्रिक्स में बढ़ते है।[5] पूरी तरह से घने नैनोक्रिस्टलाइन बेरियम टाइटेनेट में उत्कृष्ट तरीके से तैयार की गई सामग्री की तुलना में 40% अधिक पारगम्यता होती है।[6] टिन में बेरियम टाइटेनेट के समावेशन को हीरे की तुलना में उच्च विस्कोलेस्टिक कठोरता के साथ एक थोक सामग्री का उत्पादन करने के लिए दिखाया जाता है। बेरियम टाइटेनेट दो चरण के संक्रमण से गुजरता है जो क्रिस्टल आकार और मात्रा को बदलता है। यह चरण परिवर्तन समग्र की ओर ले जाता है जहां बेरियम टाइटनेट्स में एक नकारात्मक बल्क मॉडुलस (यंग्स मॉडुलस) होता है, जिसका अर्थ है कि जब कोई बल समावेशन पर कार्य करता है, तो विपरीत दिशा में विस्थापन होता है, जो समग्र को और सख्त कर देता है।[7]

कई ऑक्साइड की तरह, बेरियम टाइटेनैट पानी में अघुलनशील होता है लेकिन सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा हमला किया जाता है। इसका बल्क रूम-तापमान ऊर्जा अंतराल 3.2 eV होता है, लेकिन यह ~3.5 eV तक बढ़ जाता है जब कण का आकार लगभग 15 से 7 एनएम तक कम हो जाता है।[8]

उपयोग

BaTiO में बनने वाले फेरोइलास्टिक डोमेन की स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी3 क्यूरी तापमान के माध्यम से ठंडा करने पर। शीर्ष बिंदु, जहां डोमेन बंडल मिलते है, आइसोमेट्रिक क्रिस्टल (शीर्ष) में केंद्र से आयताकार (नीचे) में ऑफ-सेंटर तक जाता है।[9]

बेरियम टाइटेनेट एक ढांकता हुआ सिरेमिक है जिसका उपयोग संधारित्र में किया जाता है, जिसमें ढांकता हुआ निरंतर मान 7,000 के बराबर होता है। एक संकीर्ण तापमान सीमा में, 15,000 तक के मान संभव होते है, सबसे आम सिरेमिक और बहुलक सामग्री 10 से कम होती है, जबकि अन्य, जैसे टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) के मान 20 और 70 के बीच होती है।[10]

यह एक पीजोविद्युतीय सामग्री है जिसका उपयोग माइक्रोफ़ोन और अन्य ट्रांसड्यूसर में किया जाता है। कमरे के तापमान पर बेरियम टाइटेनेट एकल क्रिस्टल का सहज ध्रुवीकरण पहले के अध्ययनों में 0.15 C/m2 के बीच,[11] और हाल के प्रकाश में 0.26 C/m2,[12] और इसका क्यूरी तापमान 120 और 130 ° C के बीच होता है। अंतर विकास तकनीक से संबंधित होती है, पहले के फ्लक्स विकसित क्रिस्टल वर्तमान क्रिस्टल की तुलना में जौक्रैल्स्की प्रक्रिया के साथ कम शुद्ध होते है,[13] जिसके कारण एक बड़ा सहज ध्रुवीकरण और एक उच्च क्यूरी तापमान होता है।

एक पीजोविद्युतीय सामग्री के रूप में, इसे बड़े पैमाने पर लीड जिरकोनेट टाइटेनेट द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जिसे पीजेडटी के रूप में भी जाना जाता है। पॉलीक्रिस्टलाइन बेरियम टाइटेनैट में प्रतिरोध का एक सकारात्मक तापमान गुणांक होता है, जो इसे थर्मिस्टर्स और स्व-विनियमन विद्युतीय गर्म प्रणाली के लिए उपयोगी सामग्री बनाता है।

बेरियम टाइटेनेट क्रिस्टल का उपयोग अरैखिक प्रकाश में किया जाता है। सामग्री में उच्च बीम-युग्मन लाभ होता है, और इसे दृश्य और निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर संचालित किया जाता है। इसमें स्व-पंप प्रकाशिक चरण संयुग्मन (एसपीपीसी) अनुप्रयोगों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की उच्चतम परावर्तकता होती है। इसका उपयोग मिलीवाट-रेंज प्रकाशिक पावर के साथ चार-लहर मिश्रण के लिए किया जाता है। प्रकाश अपवर्तक अनुप्रयोगों के लिए, बेरियम टाइटेनेट को विभिन्न अन्य तत्वों द्वारा डोप किया जाता है, उदाहरण लोहा।[14]

बेरियम टाइटेनेट की पतली फिल्में 40 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक आवृत्तियों के लिए विद्युतीय-ऑप्टिक न्यूनाधिक प्रदर्शित करती है।[15]

बेरियम टाइटेनेट के पाइरोविद्युतीय और फेरोविद्युतीय गुणों का उपयोग थर्मल कैमरों के सेंसर में किया जाता है।

बेरियम टाइटेनेट का व्यापक रूप से थर्मिस्टर्स और सकारात्मक तापमान गुणांक ताप तत्वों में उपयोग किया जाता है। इन अनुप्रयोगों के लिए, सामग्री अर्धचालक गुणों को देने के लिए बेरियम टाइटेनेट को डोपेंट के साथ निर्मित किया जाता है। विशिष्ट अनुप्रयोगों में मोटरों के लिए अत्यधिक सुरक्षा, प्रतिदीप्ति प्रकाश के लिए रोड़े, ऑटोमोबाइल केबिन हवा गर्म और उपभोक्ता अंतरिक्ष हीटर सम्मलित होते है।[16][17]

उच्च शुद्धता बेरियम टाइटेनेट पाउडर को विद्युतीय वाहनों में उपयोग के लिए नए बेरियम टाइटेनेट संधारित्र ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का एक प्रमुख घटक बताया गया है।[18]

उनकी उन्नत जैव-अनुकूलता के कारण, बेरियम टाइटेनेट नैनोपार्टिकल्स (बीटीएनपी) को हाल ही में वितरण के लिए नैनोकैरियर्स के रूप में नियोजित किया गया है।[19]

बेरियम टाइटेनेट सब्सट्रेट्स पर उगाई गई पतली फिल्मों में विशाल ऊर्जा के लिए मैग्नेटोविद्युतीय प्रभाव की सूचना दी गई है।[20][21]

प्राकृतिक घटना

बेरियोपेरोस्काइट BaTiO3 का एक बहुत ही दुर्लभ प्राकृतिक अनुरूप है, जो बेनिटोस में सूक्ष्म समावेशन के रूप में पाया जाता है।[22]

यह भी देखें

  • स्ट्रोंटियम टाइटेनेट
  • लेड जिरकोनेट टाइटेनेट

संदर्भ

  1. ↑ 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>
  2. ↑ 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. Bibcode:2019JPCM...31tLT01A. doi:10.1088/1361-648X/ab0939. OSTI 1558227. PMID 30790768. S2CID 73498849.
  3. ↑ Selvaraj, M.; Venkatachalapathy, V.; Mayandi, J.; Karazhanov, S.; Pearce, J. M. (2015). "Preparation of meta-stable phases of barium titanate by Sol-hydrothermal method". AIP Advances. 5 (11): 117119. Bibcode:2015AIPA....5k7119S. doi:10.1063/1.4935645.
  4. ↑ Galasso, Francis S. (1973). Barium Titanate, BaTiO3. Inorganic Syntheses. Vol. 14. pp. 142–143. doi:10.1002/9780470132456.ch28. ISBN 9780470132456.
  5. ↑ Journal of Crystal Growth 2012, Volume 359, Pages 83-91, Abnormal Grain Growth
  6. ↑ 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. doi:10.1021/jp7112818.
  7. ↑ 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. CiteSeerX 10.1.1.1025.8289. doi:10.1126/science.1135837. PMID 17272714. S2CID 25447870.
  8. ↑ Cite error: Invalid <ref> tag; no text was provided for refs named bandgap
  9. ↑ 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". Science and Technology of Advanced Materials. 16 (3): 036001. Bibcode:2015STAdM..16c6001S. doi:10.1088/1468-6996/16/3/036001. PMC 5099849. PMID 27877812.
  10. ↑ Waugh, Mark D (2010). "Design solutions for DC bias in multilayer ceramic capacitors" (PDF). Electronic Engineering Times.
  11. ↑ 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. doi:10.1103/RevModPhys.22.221.
  12. ↑ 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. ISSN 0921-5107.
  13. ↑ Godefroy, Geneviève (1996). "फेरोबिजली". Techniques de l'Ingénieur Matériaux Pour l'Électronique et Dispositifs Associés (in français). base documentaire : TIB271DUO. (ref. article : e1870).
  14. ↑ "Fe:LiNbO3 Crystal". redoptronics.com.
  15. ↑ 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. doi:10.1364/OPEX.12.005962. PMID 19488237.
  16. ↑ PTC thermistors, general technical information (PDF). EPCOS AG. 2016. Retrieved May 9, 2022.
  17. ↑ "Pelonis USA: Helpful Information". Archived from the original on Dec 5, 1995.
  18. ↑ "Nanoparticle Compatibility: New Nanocomposite Processing Technique Creates More Powerful Capacitors". gatech.edu. April 26, 2007. Retrieved 2009-06-06.
  19. ↑ 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. doi:10.1088/0957-4484/27/23/232001. ISSN 0957-4484. PMID 27145888. S2CID 37287359.
  20. ↑ Eerenstein, W.; Mathur, N. D.; Scott, J. F. (August 2006). "Multiferroic and magnetoelectric materials". Nature. 442 (7104): 759–765. Bibcode:2006Natur.442..759E. doi:10.1038/nature05023. ISSN 1476-4687. PMID 16915279. S2CID 4387694.
  21. ↑ Rafique, Mohsin (May 2017). "Giant room temperature magnetoelectric response in strain controlled nanocomposites". Applied Physics Letters. 110 (20): 202902. Bibcode:2017ApPhL.110t2902R. doi:10.1063/1.4983357.
  22. ↑ 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. doi:10.2138/am.2008.2636. S2CID 94469497.


बाहरी संबंध

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