鈦酸鋇的結構特征
時(shí)間：2022-05-06
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鈦酸鋇是一致性熔融化合物，其熔點(diǎn)為1618℃。在此溫度以下，1460℃以上結晶出來(lái)的鈦酸鋇屬于非鐵電的六方晶系6/mmm點(diǎn)群。此時(shí)，六方晶系是穩定的。在1460~130℃之間鈦酸鋇轉變?yōu)榱⒎解}鈦礦型結構。在此結構中Ti(鈦離子)居于O(氧離子)構成的氧八面體中央，Ba(鋇離子)則處于八個(gè)氧八面體圍成的空隙中(見(jiàn)下圖)。此時(shí)的鈦酸鋇晶體結構對稱(chēng)性極高，因此無(wú)偶極矩產(chǎn)生，晶體無(wú)鐵電性，也無(wú)壓電性。
隨著(zhù)溫度下降，晶體的對稱(chēng)性下降。當溫度下降到130℃時(shí)，鈦酸鋇發(fā)生順電-鐵電相變。在130~5℃的溫區內，鈦酸鋇為四方晶系4mm點(diǎn)群，具有顯著(zhù)地鐵電性，其自發(fā)極化強度沿c軸方向，即[001]方向。鈦酸鋇從立方晶系轉變?yōu)樗姆骄禃r(shí)，結構變化較小。從晶胞來(lái)看，只是晶胞沿原立方晶系的一軸(c軸)拉長(cháng)，而沿另兩軸縮短。
當溫度下降到5℃以下，在5~-90℃溫區內，鈦酸鋇晶體轉變成正交晶系mm2點(diǎn)群，此時(shí)晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強度沿原立方晶胞的面對角線(xiàn)[011]方向。為了方便起見(jiàn)，通常采用單斜晶系的參數來(lái)描述正交晶系的單胞。這樣處理的好處是使我們很容易地從單胞中看出自發(fā)極化的情況。鈦酸鋇從四方晶系轉變?yōu)檎痪?，其結構變化也不大。從晶胞來(lái)看，相當于原立方晶系的一根面對角線(xiàn)伸長(cháng)了，另一根面對角線(xiàn)縮短了，c軸不變。
當溫度繼續下降到-90℃以下時(shí)，晶體由正交晶系轉變?yōu)槿骄?m點(diǎn)群，此時(shí)晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強度方向與原立方晶胞的體對角線(xiàn)[111]方向平行。鈦酸鋇從正交晶系轉變成三方晶系，其結構變化也不大。從晶胞來(lái)看，相當于原立方晶胞的一根體對角線(xiàn)伸長(cháng)了，另一根體對角線(xiàn)縮短了。
綜上所述，在整個(gè)溫區(小于1618℃)，鈦酸鋇共有五種晶體結構，即六方、立方、四方、正交、三方，隨著(zhù)溫度的降低，晶體的對稱(chēng)性越來(lái)越低。在130℃(即居里點(diǎn))以上，鈦酸鋇晶體呈現順電性，在130℃以下呈現鐵電性。
隨著(zhù)溫度下降，晶體的對稱(chēng)性下降。當溫度下降到130℃時(shí)，鈦酸鋇發(fā)生順電-鐵電相變。在130~5℃的溫區內，鈦酸鋇為四方晶系4mm點(diǎn)群，具有顯著(zhù)地鐵電性，其自發(fā)極化強度沿c軸方向，即[001]方向。鈦酸鋇從立方晶系轉變?yōu)樗姆骄禃r(shí)，結構變化較小。從晶胞來(lái)看，只是晶胞沿原立方晶系的一軸(c軸)拉長(cháng)，而沿另兩軸縮短。
當溫度下降到5℃以下，在5~-90℃溫區內，鈦酸鋇晶體轉變成正交晶系mm2點(diǎn)群，此時(shí)晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強度沿原立方晶胞的面對角線(xiàn)[011]方向。為了方便起見(jiàn)，通常采用單斜晶系的參數來(lái)描述正交晶系的單胞。這樣處理的好處是使我們很容易地從單胞中看出自發(fā)極化的情況。鈦酸鋇從四方晶系轉變?yōu)檎痪?，其結構變化也不大。從晶胞來(lái)看，相當于原立方晶系的一根面對角線(xiàn)伸長(cháng)了，另一根面對角線(xiàn)縮短了，c軸不變。
當溫度繼續下降到-90℃以下時(shí)，晶體由正交晶系轉變?yōu)槿骄?m點(diǎn)群，此時(shí)晶體仍具有鐵電性，其自發(fā)極化強度方向與原立方晶胞的體對角線(xiàn)[111]方向平行。鈦酸鋇從正交晶系轉變成三方晶系，其結構變化也不大。從晶胞來(lái)看，相當于原立方晶胞的一根體對角線(xiàn)伸長(cháng)了，另一根體對角線(xiàn)縮短了。
綜上所述，在整個(gè)溫區(小于1618℃)，鈦酸鋇共有五種晶體結構，即六方、立方、四方、正交、三方，隨著(zhù)溫度的降低，晶體的對稱(chēng)性越來(lái)越低。在130℃(即居里點(diǎn))以上，鈦酸鋇晶體呈現順電性，在130℃以下呈現鐵電性。
