Qu’est-ce que le titanate de baryum ?
Le titanate de baryum est un composé inorganique synthétique à structure pérovskite. C’est un solide blanc à température ambiante, avec un point de fusion de 1 625 °C et une masse volumique de 6,02 g/㎤.
Utilisations du titanate de baryum
Le titanate de baryum, également connu sous le nom de “céramique de titanate de baryum”, possède des propriétés piézoélectriques et pyroélectriques, ainsi que des propriétés diélectriques, qui entraînent une polarisation interne et l’accumulation d’électricité lorsqu’une tension est appliquée. Les condensateurs en céramique sont utilisés comme matériaux pour les composants électroniques tels que les condensateurs en céramique, les éléments piézoélectriques, les thermistances, les varistances, etc. Les condensateurs en céramique sont utilisés comme condensateurs multicouches en céramique (MLCC), qui sont constitués de couches alternées d’électrodes internes et de couches diélectriques, le titanate de baryum étant le composant principal. Les progrès de la technologie MLCC ont permis la miniaturisation d’appareils tels que les téléphones portables.
Les éléments piézoélectriques sont des composants électroniques qui modifient leur charge interne sous l’effet d’une pression physique ou qui vibrent sous l’effet d’une tension. Ils sont utilisés dans les briquets et les haut-parleurs électroniques.
Les thermistances sont des composants électroniques qui utilisent la pyroélectricité pour modifier leur charge électrique interne en fonction des changements de température. Ils sont utilisés dans les capteurs de température et dans le contrôle de la température des appareils de chauffage.
Propriétés du titanate de baryum
Le Titanate de baryum est un composé dont la formule chimique est BaTiO3 et qui présente une constante diélectrique élevée, un facteur de perte diélectrique élevé et un indice de réfraction élevé. La température de Curie (Tc) est d’environ 130 °C et une transition de phase de paraélectrique à ferroélectrique se produit à Tc. La ferroélectricité est fortement influencée par les défauts atomiques et les mélanges d’impuretés.
Structure du titanate de baryum
La structure cristalline du Titanate de baryum passe des basses aux hautes températures dans l’ordre suivant : rhomboédrique, orthorhombique, tétragonale et cubique. Le cristal tétragonal à température ambiante est un matériau ferroélectrique, tandis que le cristal cubique à haute température (plus de 120°C) est un matériau paraélectrique important sur le plan industriel.
Il possède une structure pérovskite, avec des ions Ba aux sommets du réseau unitaire, des ions O aux centres de la face et des ions Ti aux centres du corps. Dans le Titanate de baryum, chaque ion est légèrement polarisé en dehors de sa position normale, même en l’absence de champ électrique. Ce phénomène est appelé polarisation spontanée. Comme la direction de la polarisation est inversée par un champ électrique externe, le titanate de baryum est dit ferroélectrique. Ils sont également appelés “ferroélectriques déplacés”, car la ferroélectricité se développe à la suite d’une mutation ionique.
Autres informations sur le titanate de baryum
Méthodes de production du titanate de baryum
- Méthode de réaction en phase solide
Le carbonate de baryum et le dioxyde de titane sont mélangés par voie humide, filtrés, séchés, granulés et moulés, puis frittés et pulvérisés.
Le carbonate de baryum est préparé à partir de sulfure de baryum, de chlorure de baryum et d’hydroxyde de baryum. Il convient d’être prudent lorsque le strontium est ajouté, car il déplace le point de Curie vers une température plus basse.
Le dioxyde de titane est préparé par le procédé de l’acide sulfurique ou par le procédé du chlore. Dans la méthode de l’acide sulfurique, l’oxyde de titane est obtenu en ajoutant de l’acide sulfurique au minerai de titane FeTiO3 pour produire du TiOSO3, puis en ajoutant de l’ammoniac pour brûler l’acide métatitanique obtenu (TiO(OH)2). Dans la méthode au chlore, le chlore du tétrachlorure de titane est remplacé par de l’oxygène pour obtenir de l’oxyde de titane. - Méthode de l’oxalate
La réaction du chlorure de baryum, du tétrachlorure de titane et de l’acide oxalique donne de l’oxalate de baryum et de titane (BaTiO(C2O4)2). La décomposition thermique permet d’obtenir du Titanate de baryum. Le titanate de baryum de haute pureté est synthétisé industriellement par cette méthode. - Méthode de l’acide citrique
Le titanate de baryum est obtenu par décomposition thermique de BaTi(C6H6O7)3・6H2O préparé en faisant réagir des solutions aqueuses de citrate de baryum et de citrate de titane. - Méthode de synthèse hydrothermale
Le Titanate de baryum est obtenu en chauffant l’hydroxyde de baryum et les sels hydratés de l’acide métatitanique (TiO(OH)2) sous pression ambiante. Le traitement à haute température et pression permet d’obtenir du Titanate de baryum avec une bonne étoile cristalline. - Méthode sol-gel
Le Titanate de baryum est obtenu en mélangeant le gel d’hydroxyde de baryum et le sol de titane, en séchant, en frittant et en broyant. Convient à la préparation de matériaux composites. - Méthode de l’alcoxyde
Le titanate de baryum est obtenu en mélangeant rapidement de l’alkoxyde de titane et de l’hydroxyde de baryum dans un mélangeur à jet, puis en chauffant sous flux annulaire et en cristallisant le précipité formé.