Hydrothermal synthesis and characterisation of BaTiO3 fine powders: precursors, polymorphism and properties

热液循环 多态性(计算机科学) 水热合成 材料科学 化学工程 矿物学 化学 结晶学 工程类 生物化学 基因 基因型
作者
Iain J. Clark,Tomanari Takeuchi,Noikazu Ohtori,Derek C. Sinclair
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (1): 83-91 被引量:204
标识
DOI:10.1039/a805756g
摘要

The influence of two Ti-precursors, TiO 2 (anatase) and H 2 TiO 3 (β-titanic acid), on the purity and particle size of BaTiO 3 powders prepared via hydrothermal synthesis is discussed. Amorphous H 2 TiO 3 was found to be an excellent Ti-precursor material and offers several advantages over crystalline anatase. Phase pure powders which have small particle sizes, ca. 40-80 nm and narrow particle size distributions can be prepared at 180 °C after 24 h using H 2 TiO 3 as a precursor material. Although the initial reaction is very fast, ca. 90% yield after 8-10 h, extended reaction periods at 180 °C are required in order to drive the reaction to completion. Lowering the reaction temperature from 180 to 85 °C does produce powders with even smaller particle sizes, however, very long reaction periods are required, e.g. >72 h, to ensure complete reaction. Raman spectra of as-prepared and heat treated (1000 °C) powders with average particle sizes as small as ca. 20-40 nm indicate asymmetry within the TiO 6 octahedra of the BaTiO 3 lattice. These results contradict the widely cited 'critical' particle size theory for the stabilisation of the cubic polymorph, at least for particle sizes greater than ca. 20-40 nm. As-prepared powders contain many defects, primarily in the form of lattice OH – ions. Preliminary ac impedance spectroscopy data on samples heat treated to remove lattice hydoxyl ions demonstrate these materials to be modest proton conductors.
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