鈦酸鋇的結(jié)構(gòu)
時(shí)間：2020-11-30
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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(jié)晶出來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(wěn)定的。在1460~130℃之間鈦酸鋇轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎解}鈦礦型結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中Ti4+(鈦離子)居于O2-(氧離子)構(gòu)成的氧八面體中央，Ba2+(鋇離子)則處于八個(gè)氧八面體圍成的空隙中。此時(shí)的鈦酸鋇晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性極高，因此無偶極矩產(chǎn)生，晶體無鐵電性，也無壓電性。
隨著溫度下降，晶體的對(duì)稱性下降。當(dāng)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(qū)內(nèi)，鈦酸鋇為四方晶系4mm點(diǎn)群，具有顯著地鐵電性，其自發(fā)極化強(qiáng)度沿c軸方向，即[001]方向。鈦酸鋇從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄禃r(shí)，結(jié)構(gòu)變化較小。從晶胞來看，只是晶胞沿原立方晶系的一軸（c軸）拉長(zhǎng)，而沿另兩軸縮短。
當(dāng)溫度下降到5℃以下，在5~-90℃溫區(qū)內(nèi)，鈦酸鋇晶體轉(zhuǎn)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(qiáng)度沿原立方晶胞的面對(duì)角線[011]方向。為了方便起見，通常采用單斜晶系的參數(shù)來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(zhuǎn)變?yōu)檎痪担浣Y(jié)構(gòu)變化也不大。從晶胞來看，相當(dāng)于原立方晶系的一根面對(duì)角線伸長(zhǎng)了，另一根面對(duì)角線縮短了，c軸不變。
晶相轉(zhuǎn)變
當(dāng)溫度繼續(xù)下降到-90℃以下時(shí)，晶體由正交晶系轉(zhuǎn)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(qiáng)度方向與原立方晶胞的體對(duì)角線方向平行。鈦酸鋇從正交晶系轉(zhuǎn)變成三方晶系，其結(jié)構(gòu)變化也不大。從晶胞來看，相當(dāng)于原立方晶胞的一根體對(duì)角線伸長(zhǎng)了，另一根體對(duì)角線縮短了。
綜上所述，在整個(gè)溫區(qū)(<1618℃)，鈦酸鋇共有五種晶體結(jié)構(gòu)，即六方、立方、四方、正交、三方，隨著溫度的降低，晶體的對(duì)稱性越來越低。在130℃（即居里點(diǎn)）以上，鈦酸鋇晶體呈現(xiàn)順電性，在130℃以下呈現(xiàn)鐵電性。
隨著溫度下降，晶體的對(duì)稱性下降。當(dāng)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(qū)內(nèi)，鈦酸鋇為四方晶系4mm點(diǎn)群，具有顯著地鐵電性，其自發(fā)極化強(qiáng)度沿c軸方向，即[001]方向。鈦酸鋇從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄禃r(shí)，結(jié)構(gòu)變化較小。從晶胞來看，只是晶胞沿原立方晶系的一軸（c軸）拉長(zhǎng)，而沿另兩軸縮短。
當(dāng)溫度下降到5℃以下，在5~-90℃溫區(qū)內(nèi)，鈦酸鋇晶體轉(zhuǎn)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(qiáng)度沿原立方晶胞的面對(duì)角線[011]方向。為了方便起見，通常采用單斜晶系的參數(shù)來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(zhuǎn)變?yōu)檎痪担浣Y(jié)構(gòu)變化也不大。從晶胞來看，相當(dāng)于原立方晶系的一根面對(duì)角線伸長(zhǎng)了，另一根面對(duì)角線縮短了，c軸不變。
晶相轉(zhuǎn)變
當(dāng)溫度繼續(xù)下降到-90℃以下時(shí)，晶體由正交晶系轉(zhuǎn)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(qiáng)度方向與原立方晶胞的體對(duì)角線方向平行。鈦酸鋇從正交晶系轉(zhuǎn)變成三方晶系，其結(jié)構(gòu)變化也不大。從晶胞來看，相當(dāng)于原立方晶胞的一根體對(duì)角線伸長(zhǎng)了，另一根體對(duì)角線縮短了。
綜上所述，在整個(gè)溫區(qū)(<1618℃)，鈦酸鋇共有五種晶體結(jié)構(gòu)，即六方、立方、四方、正交、三方，隨著溫度的降低，晶體的對(duì)稱性越來越低。在130℃（即居里點(diǎn)）以上，鈦酸鋇晶體呈現(xiàn)順電性，在130℃以下呈現(xiàn)鐵電性。
