Panoramica sul titanato di stronzio

Contesto applicativo e panoramica del titanato di stronzio

Il titanato di stronzio ha un'elevata costante dielettrica ed è un'importante materia prima per le polveri ceramiche elettroniche. I suoi prodotti presentano i vantaggi di una bassa perdita dielettrica e di una buona stabilità termica, pertanto sono ampiamente utilizzati nell'industria elettronica. Ci sono molti rapporti sulla preparazione del titanato di stronzio nelle riviste di scienze naturali. Il metodo più tipico è il metodo di laboratorio fornito dalla "Ricerca su nuovi metodi per la sintesi della polvere di titanato di stronzio" nell'industria del sale inorganico nel 2002. Questo metodo utilizza tetracloruro di titanio e cloruro di stronzio come materie prime, carbonato di ammonio e acqua di ammoniaca come precipitanti e utilizza la coprecipitazione chimica per sintetizzare la polvere di titanato di stronzio. Viene studiata l'influenza delle condizioni di processo sulla purezza del prodotto e sul rapporto stronzio-titanio.

Le condizioni di reazione sono che il rapporto molare tra tetracloruro di titanio e cloruro di stronzio è 1,02, il rapporto molare tra carbonato di ammonio e cloruro di stronzio è 1,40, la temperatura di reazione è temperatura ambiente ed è necessaria la calcinazione a 900 ° C per 4 ore; lo svantaggio di questo metodo è che richiede un lungo tempo di calcinazione e la distribuzione delle dimensioni delle particelle potrebbe non essere uniforme a causa della crescita di alcuni grani di titanato di stronzio; inoltre, alcuni studi hanno fatto una descrizione dettagliata del meccanismo di cristallizzazione del titanato di stronzio, ma il suo metodo di preparazione e la soluzione per sintetizzare il titanato di stronzio sono meno fattibili nella produzione industriale. I metodi per preparare il titanato di stronzio nel mondo includono il metodo in fase solida, il metodo di coprecipitazione, il metodo sol-gel, il metodo del precursore del complesso organico e altri processi.

Il processo in fase solida consiste nel calcinare l'ossido di titanio e il carbonato di stronzio ad alta temperatura. Poiché la distribuzione granulometrica del titanato di stronzio dopo la calcinazione è difficile da controllare e la purezza è bassa, ciò influisce notevolmente sulle prestazioni del prodotto. La coprecipitazione è il primo metodo utilizzato per sintetizzare particelle ultrafini di ossido metallico di elevata purezza mediante reazione chimica in fase liquida. Il metodo della precipitazione ha un costo contenuto, ma presenta i seguenti problemi: il precipitato è solitamente colloidale, quindi difficile da lavare e filtrare; il precipitante viene facilmente miscelato come impurità e vari componenti possono essere separati durante il processo di precipitazione e alcuni precipitati vengono disciolti durante il lavaggio.

Inoltre, poiché un gran numero di ioni metallici non sono facili da subire reazioni di precipitazione, anche l'applicazione di questo metodo è ristretta. Il metodo sol-gel utilizza generalmente un alcossido metallico organico come materia prima e ottiene un precursore solido attraverso idrolisi, polimerizzazione, essiccazione e altri processi e infine ottiene un nanomateriale attraverso un appropriato trattamento termico; poiché come materia prima viene utilizzato l'alcossido metallico, il costo di questo metodo è relativamente elevato e il processo di gelificazione è lento, quindi il ciclo di sintesi generale è relativamente lungo.

Inoltre, alcuni ioni metallici che non sono facili da idrolizzare e polimerizzare sono difficili da legare saldamente alla rete di gel, il che limita i tipi di ossidi compositi ultrafini di elevata purezza ottenuti con questo metodo. Pertanto, se il titanato di stronzio viene preparato mediante l'attuale metodo della fase solida, il metodo di coprecipitazione, il metodo sol-gel, il metodo del precursore del complesso organico e altri processi, ci sono carenze e difetti.

Il titanato di stronzio è un'importante materia prima nell'industria elettronica, utilizzata per regolare automaticamente gli elementi riscaldanti e produrre componenti con smagnetizzazione. Nel campo ceramico, viene utilizzato per produrre condensatori ceramici, materiali ceramici piezoelettrici, elementi sensibili ceramici ed elementi ceramici a microonde. Può anche essere utilizzato come pigmenti, smalti, materiali resistenti al calore e materiali isolanti. I cristalli singoli di titanato di stronzio possono essere utilizzati come materiali ottici e gemme artificiali.

I cristalli di titanato di stronzio hanno un elevato indice di rifrazione e un'elevata costante dielettrica e i suoi cristalli singoli sono utilizzati come materiali ottici e gemme artificiali. Sono stati realizzati anche superconduttori a bassa temperatura basati sul titanato di stronzio. Esempi delle sue applicazioni sono i seguenti:

1. Preparare un transistor al titanato di stronzio con un processo semplice e una buona stabilità.

Utilizzando il metodo del drogaggio sostitutivo, l'epitassia con fascio molecolare laser, la deposizione laser pulsata, lo sputtering con magnetron, l'evaporazione del fascio di elettroni o l'epitassia con fascio molecolare e altri metodi di produzione di film, i materiali a film sottile di titanato di stronzio di tipo n SrAxTi1-xO3 o Sr1-xLaxTiO3, dove A è Nb o Sb, vengono preparati su substrati monocristallini (come SrTiO3, YSZ, LaAlO3, Nb:SrTiO3, ecc.); Vengono preparati materiali a film sottile di titanato di stronzio di tipo p SrBxTi1-xO3, dove B è In o Mn. Tutti i valori x vanno da 0,005 a 0,5.

Quando uno strato di titanato di stronzio di tipo p e uno strato di titanato di stronzio di tipo n vengono cresciuti insieme epitassialmente, questi due strati di pellicole di titanato di stronzio con diversi tipi di conduttività formano una giunzione p-n sull'interfaccia, e questa giunzione p-n costituisce un diodo cristallino di titanato di stronzio; quando uno strato di titanato di stronzio di tipo p, uno strato di titanato di stronzio di tipo n e un altro strato di titanato di stronzio di tipo p vengono cresciuti insieme epitassialmente, questi tre strati di pellicole di titanato di stronzio formano una giunzione pn-p, e questa giunzione pn-p costituisce un triodo di titanato di stronzio pn-p; quando uno strato di titanato di stronzio di tipo n, uno strato di titanato di stronzio di tipo p e un altro strato di titanato di stronzio di tipo n vengono cresciuti insieme epitassialmente, questi tre strati di pellicole di titanato di stronzio formano una giunzione n-p-n, e questa giunzione n-p-n costituisce un triodo di titanato di stronzio n-p-n.

Il transistor al titanato di stronzio adotta un processo epitassiale completo, quindi lo spessore e la concentrazione del portatore di ciascuno strato sono più facili da controllare rispetto al transistor al silicio germanio e la giunzione è più nitida. Il titanato di stronzio ha un punto di fusione elevato e una buona stabilità, quindi i transistor al titanato di stronzio diventeranno un dispositivo elettronico ampiamente utilizzato e potranno anche essere sviluppati in circuiti integrati di titanato di stronzio.

2. Un metodo per preparare un dispositivo a film sottile di titanato di stronzio amorfo,

tra cui: rivestimento mediante centrifugazione di una soluzione di elettrodo inferiore sulla superficie di un substrato e quindi ricottura per formare un elettrodo inferiore; rivestimento mediante centrifugazione di una soluzione di titanato di stronzio sulla superficie dell'elettrodo inferiore e quindi cottura per formare una pellicola acida di stronzio; ricottura della pellicola di titanato di stronzio per formare una pellicola amorfa; evaporazione del fascio di elettroni sputtering sulla superficie del film amorfo per formare un elettrodo superiore per ottenere un dispositivo a film sottile di titanato di stronzio amorfo.

La più grande innovazione del dispositivo a film sottile di titanato di stronzio amorfo è che lo strato di film di ossido principale del dispositivo è un film amorfo e il metodo di preparazione è semplice, il requisito di temperatura durante il processo di preparazione è basso e può essere effettuata una produzione di massa. Inoltre, il dispositivo a film sottile di titanato di stronzio preparato ha una buona stabilità, resistenza alla fatica e può essere riciclato. Ha un ampio rapporto di commutazione. Quando ricotto a 400 ° C, il rapporto di commutazione raggiunge 103 e ha un'ampia gamma di applicazioni.