बेरियम टाइटैनेट (Barium titanate)

क्यूरी तापमान से नीचे ठंडा होने पर BaTiO₃ में बनने वाले फेरोइलास्टिक डोमेन की स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (STEM)। वह शीर्ष बिंदु, जहाँ डोमेन बंडल मिलते हैं, आइसोमेट्रिक क्रिस्टल (शीर्ष) में केंद्र से आयताकार (नीचे) में ऑफ-सेंटर की ओर चला जाता है।

बेरियम टाइटैनेट (Barium titanate) एक अकार्बनिक रासायनिक यौगिक है। इसका रासायनिक सूत्र BaTiO₃ है। बेरियम टाइटैनेट एक फेरोइलेक्ट्रिक (ferroelectric) सिरेमिक पदार्थ है, जिसमें फोटोरिफ्रेक्टिव (photorefractive) और पीजोइलेक्ट्रिक (piezoelectric) दोनों प्रकार के विशेष गुण पाए जाते हैं।

भौतिक गुण

पाउडर के रूप में, बेरियम टाइटैनेट सफेद क्रिस्टल जैसा दिखता है। हालाँकि, जब इसके बड़े क्रिस्टल बनाए जाते हैं, तो यह पारदर्शी होता है। यह पूरी तरह से गंधहीन होता है। इसका आणविक भार 233.192 ग्राम/मोल और घनत्व 6.02 ग्राम/सेमी³ है। इस अकार्बनिक यौगिक का गलनांक 1,625 °C (2,957 °F; 1,898 K) होता है।

बेरियम टाइटैनेट पानी में अघुलनशील है, लेकिन यह तनु खनिज अम्लों (mineral acids) में थोड़ी मात्रा में घुल सकता है। इसके अलावा, यह सांद्र हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल में पूरी तरह से घुलनशील है। कमरे के तापमान पर, इसका क्यूरी बिंदु (Curie point) 120 °C है। बेरियम टाइटैनेट का स्पॉन्टेनियस पोलराइजेशन (spontaneous polarization) लगभग 0.15 C/m² होता है।

अणु संरचना

BaTiO₃ की पेरोव्स्काइट (Perovskite) संरचना। लाल गोले ऑक्साइड केंद्र हैं, नीला गोला Ti⁴⁺ धनायन है, और हरे गोले Ba²⁺ हैं।

तापमान के आधार पर बेरियम टाइटैनेट की अणु संरचना 5 अलग-अलग चरणों (phases) में बदलती है। उच्च तापमान से कम तापमान की ओर जाते हुए, यह क्रमशः हेक्सागोनल (hexagonal), क्यूबिक (cubic), टेट्रागोनल (tetragonal), ऑर्थोरोम्बिक (orthorhombic), और रंबोहेड्रल (rhombohedral) क्रिस्टल संरचनाओं में बदलता है। इन 5 चरणों में से क्यूबिक चरण को छोड़कर अन्य सभी चरणों में बेरियम टाइटैनेट फेरोइलेक्ट्रिक व्यवहार प्रदर्शित करता है। क्यूबिक संरचना में, Ba²⁺ आयन क्रिस्टल के केंद्र में स्थित होता है और इसकी समन्वय संख्या (coordination number) 12 होती है।

उत्पादन और अन्य गुण

बेरियम टाइटैनेट का निर्माण बेरियम कार्बोनेट (Barium carbonate) और टाइटेनियम डाइऑक्साइड (Titanium dioxide) के मिश्रण को उच्च तापमान पर पिघलाने तक गर्म करके किया जाता है। जब बेरियम टाइटैनेट नाइट्रोजन ट्राइक्लोराइड (Nitrogen trichloride) के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो यह एक हरे या भूरे रंग का मिश्रण बनाता है जो फेरोइलेक्ट्रिक गुणों को बरकरार रखता है। इसकी संरचना और आकारिकी (morphology) पर व्यापक शोध किए गए हैं।

जब बेरियम टाइटैनेट को टिन (Tin) धातु में मिलाया जाता है, तो उत्पन्न होने वाली मिश्र धातु की विस्कोइलास्टिक स्टिफनेस (viscoelastic stiffness) हीरे से भी अधिक होती है। इसके नैनोक्रिस्टलाइन (nanocrystalline) रूप का परावैद्युतांक (permittivity), इसके क्लासिक या सामान्य रूप की तुलना में 40% अधिक होता है।

कई अन्य ऑक्साइड्स की तरह, बेरियम टाइटैनेट पानी में अघुलनशील है, लेकिन यह सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा संक्षारित हो सकता है। बल्क (थोक) रूप में कमरे के तापमान पर इसका बैंड गैप (Band gap) 3.2 eV होता है। हालाँकि, जब इसके कणों का आकार घटाकर 15 से 7 nm कर दिया जाता है, तो इसका बैंड गैप बढ़कर लगभग ~3.5 eV हो जाता है।

उपयोग

• सिरेमिक कैपेसिटर: यह एक उत्कृष्ट परावैद्युत (dielectric) सामग्री है, इसलिए इसका उपयोग मुख्य रूप से सिरेमिक कैपेसिटर के निर्माण में किया जाता है।
• पीजोइलेक्ट्रिक उपकरण: माइक्रोफोन और अन्य ट्रांसड्यूसर (transducers) में इसे पीजोइलेक्ट्रिक पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है। (हालांकि आधुनिक समय में इसका स्थान काफी हद तक लेड जिरकोनेट टाइटैनेट - PZT ने ले लिया है)।
• थर्मिस्टर और हीटर: पॉलीक्रिस्टलाइन बेरियम टाइटैनेट के सकारात्मक तापमान गुणांक (PTC) के कारण, इसका उपयोग थर्मिस्टर (Thermistors) और स्वयं-विनियमन वाले (self-regulating) इलेक्ट्रिक हीटिंग उपकरणों में किया जाता है।
• ऑप्टिक्स: नॉन-लीनियर ऑप्टिक्स (Non-linear optics) के क्षेत्र में इसके क्रिस्टल बहुत उपयोगी होते हैं।
• थर्मल कैमरे: इसके उत्कृष्ट पाइरोइलेक्ट्रिक (pyroelectric) और फेरोइलेक्ट्रिक गुणों के कारण, इसका उपयोग थर्मल कैमरों के अनकूल्ड सेंसर (uncooled sensors) बनाने के लिए किया जाता है।

इन्हें भी देखें

• बेरियम (Barium)