ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ СИНТЕЗА ТИТАНАТОВ ПЕРОВСКИТОПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ И ДОПИРОВАНИЯ ИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Представлен обзор способов получения титанатов перовскитоподобной структуры и допирования их редкоземельны­ми элементами. Освещены результаты научных исследований авторов из разных стран, связанных с изучением влияния допирования титанатов структуры перовскита редкоземельными элементами на их электромагнитные свойства. Содер­жание работы также включает в себя сведения о применении титанатов перовскитоподобной структуры в различных отраслях промышленности. На примере титаната бария (BaTiO3) проведен сравнительный анализ некоторых морфоло­гических свойств (крупность частиц, структура) и электромагнитных характеристик (диэлектрическая проницаемость, температура Кюри, модуль продольных колебаний (d33)) порошков, полученных (и допированных) разными методами. Описаны методики получения BaTiO3 различными способами — сольвотермическим, гидротермалным, золь-гель мето­дом, химическим осаждением и твердофазным спеканием. Представлены результаты исследований влияния изменения технологических параметров (температура, рН, состав исходной смеси материалов и концентрация реагентов) на фазу, морфологию и скорость образования частиц BaTiO₃ при гидротермальном синтезе (с использованием в качестве исход­ных материалов BaCl2, TO4 и NaOH). Также в работе приведены результаты экспериментов по изучению влияния мощ­ности микроволнового излучения при твердофазном спекании BaCO3 и ТЮ2 на диэлектрические и сегнетоэлектрические свойства керамики BaTiO3. В результате анализа способов получения BaTiO3 и допирования его редкоземельными эле­ментами установлено, что в настоящее время к наиболее перспективным технологиям получения материалов перовски- топодобной структуры с заданными свойствами можно отнести гидротермальный способ и твердофазное спекание, в том числе с применением СВЧ-излучения.

1. Fatih Dogan, Hong Lin, Maryline Guilloux-Viry, Octa¬vio Pena. Focus on properties and applications of pe- rovskites. Sci. Technol. Adv. Mater. 2015. Vol. 16. No. 2. Р. 1. DOI: dx.doi.org/10.1088/1468-6996/16/2/020301.

2. Artini C. Crystal chemistry, stability and properties of interlanthanide perovskites: A review. J. Eur. Ceram. Soc. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 427-440. DOI: dx.doi.org/ 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.08.041.

3. Wei T, Liu H.P., Chen Y.F., Yan H.Y., Liu J.-M. Prepara¬tion, magnetic characterization, and optical band gap of EuTiO3 nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 2011. Vol. 257. No. 2. P. 4505-4509. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.apsusc. 2010.12.112.

4. Oliveira L.H., Savioli J., de Moura A.P., Nogueira I.C., Li M.S., Longo E, Varela J.A., Rosa I.L.V Investigation of structural and optical properties of CaTiO3 powders doped with Mg2+ and Eu3+ ions. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 647. P. 265-275. DOI: dx.doi.org/10.1016/jjallcom. 2015.05.226.

5. Санкович А.М. Механизм образования, термическая устойчивость и термодинамические свойства кати-оноупорядоченных перовскитоподобных слоистых оксидов ALnTiO4 и A2Ln2Ti3O10 (A = Na, K; Ln = = Nd, Gd): Автореф. дисс. канд. техн. наук. СПб: СПбГУ, 2012.

6. Кравтцева М.С. Синтез и свойства тонких эпитакси-альных пленок BiFeO3 и твердых растворов на его основе: Автореф. ... дисс. канд. техн. наук. М.: МГУ им. М. Ломоносова, 2008.

7. Новая технология MLCC для производства кера¬мических конденсаторов больших размеров. URL: http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2009_06_12.pdf (дата обращения: 20.06. 2017).

8. Гриднев С.А. Электрические свойства полупро¬водниковых керамик на основе титаната бария. Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. 2012. Т. 8. No. 11. С. 57-61.

9. Vijatovic Petrovic M.M., Grigalaitis R, Ilic N, Bobic J.D., Dzunuzovic A., Banys J., Stojanovic B.D. Interdepen¬dence between structure and electrical characteristics in Sm-doped barium titanate. J. Alloys and Compd. 2017. Vol. 724. P. 959-968. DOI: dx.doi.org/10.1016/jjall- com.2017.07.099.

10. Анараки С. Тонкопленочный конденсатор на осно¬ве титаната стронция, сформированного золь-гель методом. Микроэлектроника. 2015. Т. 44. No. 6. С. 476-480.

11. Tkach A., Amaral J.S., Amaral V.S., Vilarinho P.M. Dielectric spectroscopy and magnetometry investigation of Gd-doped strontium titanate ceramics. J. Eur. Cer¬am. Soc. 2017. Vol. 37. No. 6. P. 2391-2397. DOI: dx.doi. org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.02.011.

12. Tkach A., Amaral J.S., Zlotnik S, Amaral V.S., Vilarin- ho P.M. Enhancement of the dielectric permittivity and magnetic properties of Dy substituted strontium titanate ceramics. J. Eur. Ceram. Soc. 2018. Vol. 38. No. 2. DOI: dx.doi.org/10.1016/jjeurceramsoc.2017.09.007.

13. Electrical properties of Un-doped and doped EuTiO3- based perovskites. URL: http://etheses.whiterose.ac. uk/4064/1/University_of_Sheffield_-final_thesis-1.pdf (accessed: 24.06. 2017).

14. Daqing Wei, Yu Zhou, Dechang Jia, Yaming Wang. Forma-tion of CaTiO3/TiO2 composite coating on titanium alloy for biomedical applications. J. Biomed. Mater. Res. 2008. Vol. 84B. No. 2. P. 444-451. DOI: dx.doi.org/10.1002/ jbm.b.30890.

15. Manso M., LangletM., Martinez-Duart J.M. Testing sol-gel CaTiO3 coatings for biocompatible applications. Mater. Sci. Eng. 2003. Vol. 23. No. 3. P. 447-450. DOI: dx.doi. org/10.1016/S0928-4931(02)00319-3.

16. Лучше кремния. URL: http://spkurdyumov.ru/uploads// 2015/08/luchshe-kremniya.pdf (дата обращения: 23.06. 2017).

17. Sahoo Subhanarayan, Parashar S.K.S., Ali S.M. CaTiO3 nano ceramic for NTCR thermistor based sensor applica¬tion. J. Adv. Ceram. 2014. Vol. 3. No. 2. P. 117-124. DOI: dx.doi.org/10.1007/s40145-014-0100-6.

18. Бекман И.Н., Балек В., Бунцева И.М. Эманационно- термический анализ перовскита. Радиохимия. 2004. Т. 46. No. 3. С. 272-279.

19. Paris E.C., Espinosa J.W.M., de Lazaro S, Lima R.C., Joya M.R., Pizani P.S., Leite E.R., Souza A.G., Vare¬la J.A., Longo E. Er3+ as marker for order—disorder determination in the РЬТЮз system. Chem. Phys. 2007. Vol. 335. P. 7—14. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.chemphys. 2007.03.019.

20. Zhu J., Thomas A. Perovskite-type mixed oxides as cata¬lytic material for NO removal. Appl. Catalysis B: Environ¬mental. 2009. Vol. 92. No. 3—4. P. 225—233. DOI: dx.doi. org/10.1016/j.apcatb.2009.08.008.

21. Zhu J., Chen J. Perovskite-type oxides: Synthesis and ap-plication in catalysis.URL: https://www.novapublishers. com/catalog/product_info.php?products_id=23377 (ac¬cessed: 25.06. 2017).

22. Yanhua Zong, Kazuma Kugimiya, Koji Fujita, Hirofumi Akamatsu, Kazuyuki Hirao, Katsuhisa Tanaka. Prepara¬tion and magnetic properties of amorphous EuTiO3 thin films. J. Non-Cryst. Sol. 2010. Vol. 356. P. 2389—2392. DOI: dx.doi.org/10.1016/jjnoncrysol.2010.05.014.

23. Fengfeng Chi, YanguangQin, ShaoshuaiZhou, Xiantao Wei, Yonghu Chen, Changkui Duan, Min Yin. Eu3+-site occu¬pation in CaTiO3 perovskite material at low temperature. Current Appl. Phys. 2017. Vol. 17. No. 1. P. 24—30. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.cap.2016.10.018.

24. Mazzo T.M., Pinatti I.M, Macario L.R., Junior W.A., Mo- reira M.L., Viana Rosa I.L., Mastelaro V.R., Varela J.A., Lon- go E. Europium-doped calcium titanate: Optical and structural evaluations. J. Alloys and Compd. 2014. Vol. 585. P. 154—162. DOI: dx.doi.org/10.1016/jjallcom.2013.08.174.

25. Moreira M.L., Paris E.C., do Nascimento G.S., Longo V.M., Sambrano J.R., Mastelaro V.R., Bernardi M.I.B., And¬res J., Varela J.A., Longo E. Structural and optical pro¬perties of CaTiO3 perovskite-based materials obtained by microwave-assisted hydrothermal synthesis: An experi¬mental and theoretical insight. Acta Mater. 2009. Vol. 57. No. 17. P. 5174 —5185. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.actamat. 2009.07.019.

26. Rath M.K., Pradhan G.K., Pandey B., Verma H.C., RoulB.K., Anand S. Synthesis, characterization and dielectric prop¬erties of europium-doped barium titanate nanopowders. Mater. Lett. 2008. Vol. 62. P. 2136—2139. DOI: dx.doi. org/10.1016/j.matlet.2007.11.033.

27. Sitko D., Garbarz-Glos B., Piekarczyk W, Smiga W, An¬tonova M. The effects of the additive of Eu ions on elas¬tic and electric properties of BaTiO3 ceramics. Integrated Ferroelectrics. 2016. Vol. 173. P 31—37. DOI: dx.doi.org/ 10.1080/10584587.2016.1183413.

28. Geetha P., Sarita P., Krishna Rao D. Synthesis, structure, properties and applications of barium titanate nanopar¬ticles. Int. J. Adv. Technol. Eng. Sci. 2016. Vol. 4. No. 1. P. 178—187.

29. Shen Zhigang, Zhang Weiwei, Chen Jianfeng, Jimmy Yun Low Temperature one step synthesis of barium titanate: Particle formation mechanism and large-scale synthe¬sis. Chin. J. Chem. Eng. 2006. Vol. 14. No. 5. P. 642—648. DOI: dx.doi.org/10.1016/S1004-9541(06)60128-6.

30. Liqiu Wang, Liang Liu, Dongfeng Xue, Hongmin Kang, Changhou Liu. Wet routes of high purity BaTiO3 nano-powders. J. Alloys and Compd. 2007. Vol. 440. P. 78—83. DOI: dx.doi.org/10.1016/jjallcom.2006.09.023.

31. Baorang Li, Xiaohui Wang, Longtu Li. Synthesis and sin-tering behavior of BaTiO3 prepared by different chemical methods. Mater. Chem. Phys. 2002. Vol. 78. P. 292—298. DOI: dx.doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00351-6.

32. Reddy V.R., Upadhyay S.K., Gupta A., Awasthi A.M., Hus¬sain Sh. Enhanced dielectric and ferroelectric proper¬ties of BaTiO3 ceramics prepared by microwave assis¬ted radiant hybrid sintering. Ceram. Int. 2014. Vol. 40. No. 6. P. 8333—8339. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.ceramint. 2014.01.039.