Ullmhúchán amhábhar criadóireachta piezo leictreonaí trí mhodh soladach-phas — — púdar tíotánáit bhairiam

Is é titanate bhairiam an t-amhábhar bunúsach de leictreonaicpiezoceramics agus colún an tionscail criadóireachta leictreonaí. Tá tréithe ardchaillteanas tréleictreach tairiseach agus íseal tréleictreach ag titanate bhairiam chomh maith le tréithe ferroelectric, piezoelectric, a sheasamh voltas agus inslithe, agus mar sin úsáidtear go forleathan é i ndéantúsaíocht comhpháirteanna fáinne ceirmeacha ofpiezoelectric, go háirithe teirmeastair PTC. Toilleoirí ceirmeacha ilchiseal (MLCCanna), toilleoirí ciseal teorann gráin, eilimintí teirmeleictreacha, criadóireacht piezoelectric, sonar, braiteoirí, painéil taispeána leictreascópacha, ábhair chomhchodacha polaiméire agus bratuithe. 

Rinneadh titanate bhairiam a shintéisiú ar dtús leis an modh soladach-chéim. Chomh luath agus a thángthas ar ferroelectricity titanate bhairiam sna 1940í, tá tíortha ar nós an Ghearmáin, an tSeapáin, agus na Stáit Aontaithe tar éis glacadh leis an modh céim soladach chun púdar titanate bhairiam a shintéisiú. Mar sin, is féidir a rá gurb é an modh céim soladach an modh is luaithe i sintéis púdar titanate bhairiam. Tar éis beagnach 80 bliain, rinneadh taighde agus cur i bhfeidhm go forleathan agus go domhain ar an modh solidphase, agus tá na modhanna sintéise éagsúil freisin, ar féidir iad a roinnt sa mhodh soladach-chéim traidisiúnta, modh muilleoireachta liathróid ard-fhuinnimh agus modh dócháin. 

 (1) Modh soladach céime traidisiúnta Úsáideann an modh soladach-chéim traidisiúnta carbónáit bhairiam agus dé-ocsaíde tíotáiniam mar amhábhair, agus déanann sé imoibriú cailcínithe ardteochta (thart ar 1000 ° C) fadtéarmach chun titanáit bhairiam a ghiniúint, agus ar deireadh faigheann sé an táirge críochnaithe trí phróiseas brúite agus meilt. Is é seo a leanas an chothromóid imoibrithe: BaCO3 + TiO2 → BaTiO3 + CO2 Tá an próiseas céim soladach traidisiúnta simplí agus aibí, tá an trealamh iontaofa, tá próiseáil amhábhar saor, agus tá sé mar phríomh-mhodh sintéiseach titanate bhairiam tionsclaíoch ar feadh i bhfad. Go dtí seo, déantar cuid mhór de shintéis púdair titanate bhairiam os cionn 200nm trí mhodh soladach-chéim. 

(2) Modh muilleoireachta liathróid ardfhuinnimh Is modh é muilleoireacht liathróid ardfhuinnimh freisin a úsáidtear go coitianta i sintéis phas soladach le blianta beaga anuas. Baineann an modh seo úsáid iomlán as éifeacht meicniúil an fhuinnimh mheicniúil sa phróiseas muilleoireachta liathróid ardfhuinnimh, rud a fhágann go dtéann an t-amhábhar faoi shraith athruithe fisiceacha agus ceimiceacha agus é ag scagadh go tapa, rud a fhágann go bhfuil lochtanna éagsúla i struchtúr criostail an amhábhar agus a fheabhsaíonn gníomhaíocht cheimiceach an amhábhar go suntasach. Thosaigh an modh muilleoireachta liathróid ard-fhuinnimh sna 1970í, ag baint úsáide as 1-5μm BaO agus 2-4μm TiO2 mar amhábhair an imoibrithe, agus ag baint úsáide as liathróidí zirconia mar na meáin muilleoireachta liathróid ar feadh 4h chun púdar titanate bhairiam a fháil le méid gráin 20-50nm. Grianghraf TEM de phúdar titanáit bhairiam a fhaightear trí mhuilleoireacht liathróid BaO agus TiO2 ar feadh 4h

(3) Modh sintéise ard-teocht féin-iomadú Is modh sintéise ard-teocht féin-iomadaithe (SHS go gearr) modh chun púdar a shintéisiú trí úsáid a bhaint as féin-théamh agus féin-seoladh teasa imoibriú ceimiceach idir imoibreoirí. Nuair a dhéantar an t-imoibreán a adhaint, iomadóidh an dó go huathoibríoch go dtí an limistéar neamh-imoibrithe go dtí go mbeidh an t-imoibriú críochnaithe. Ní gá don phróiseas iomlán fuinneamh a sholáthar seachas an fuinneamh adhainte tosaigh, agus mar sin tá an tomhaltas fuinnimh íseal. Is féidir leis an imoibriú úsáid a bhaint as sárocsaíd bhairiam BaO2 agus imoibriú miotail Ti nó TiO2, taispeántar an chothromóid thíos: BaO2 + Ti + 1 / 2O2 → BaTiO32BaO2 + TiO2 + 1 / 2Ti → 2BaTiO3 Is iad na buntáistí a bhaineann le SHS tomhaltas fuinnimh íseal, próiseas simplí, agus éifeachtacht ard táirgeachta, ach is é an fhadhb is mó ná an t-imoibriú a rialú agus imoibriú deacair a dhéanamh. teocht an-ard. Tá na cáithníní púdar mar thoradh ar thrastomhas in ord na micriméadair, agus toisc nach féidir na hamhábhair a úsáidtear a mheascadh ag an leibhéal adamhach, níl íonacht an táirge imoibrithe ard. (4) Modh sintéise dócháin teocht íseal Tá an modh sintéise dócháin íseal-teocht (giorraithe mar LCS) sách molta leis an modh sintéise féin-iomadaithe ardteochta (SHS), arb é modh sintéise é a chomhcheanglaíonn SHS leis an modh ceimiceach fliuch. Éilíonn LCS go bhfuil amhábhair níotráite nó salainn intuaslagtha. Déantar an t-imoibriú dócháin ar phláta te nó i bhfoirnéis muffle. Is féidir an teocht imoibrithe a dhéanamh ag 500 ° C nó níos ísle. Rinneadh púdar BaTiO3 a shintéisiú trí dhócháin íseal-teocht salainn bhairiam agus breoslaí orgánacha éagsúla. Taispeántar an pictiúr TEM san fhigiúr.

Grianghraf TEM de phúdar titanate bhairiam arna ullmhú ag sintéis dócháin teocht íseal 

Go hachomair, tá na buntáistí a bhaineann le próiseas simplí agus trealamh iontaofa ag an modh céim soladach. Mar sin féin, is minic go n-éilíonn an modh céim soladach teocht imoibrithe níos airde nó teocht cóireála teasa, agus mar sin tá sé níos deacra nanocrystals ultrafine a fháil. Ina theannta sin, níl comhdhéanamh ceimiceach an phúdair sintéaraithe ag an modh céim soladach aonfhoirmeach, rud a chuireann isteach ar fheidhmíocht an trasducer fáinne sintéaraithe piezoelectric; tá sé deacair céim criostail íon BaTiO3 a fháil, agus tá íonacht an phúdair íseal. Mar gheall ar chaighdeán íseal púdar BaTiO3 a ullmhaítear de réir modh céim soladach, ní úsáidtear é go ginearálta ach amháin chun táirgí a bhfuil ceanglais feidhmíochta teicniúla níos ísle acu a dhéanamh. Cé go bhfuil an taighde ar an soladach

Tá an modh céim briste cheana féin trí theorainneacha an mhodha traidisiúnta, ach mar gheall ar roinnt fadhbanna a bhaineann leis an imoibriú soladach-chéim, níl na coinníollacha éasca le rialú, agus tá an staidéar níos casta. Níl go leor agus torthaí maithe bainte amach ag an gcóras.