แบเรียมไททาเนต ( BTO ) เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตรเคมี BaTiO₃ เกลือแบเรียมของกรดเมตาไททานิกแบเรียมไททาเนตมีลักษณะเป็นผงสีขาวและโปร่งใสเมื่อเตรียมเป็นผลึกขนาดใหญ่ เป็น วัสดุ เซรา มิก เฟอร์โรอิเล็กทริก ไพโรอิเล็กทริกและเพียโซอิเล็ก ทริก ที่แสดงปรากฏการณ์โฟโตเรฟรักที ฟ ใช้ในตัวเก็บประจุ ตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าเชิงกลและทัศนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้น

การพัฒนาแบเรียมไททาเนตเป็นวัสดุไดอิเล็กทริกนั้นมีแรงจูงใจหลักมาจากภาวะขาดแคลนไมกา อย่างรุนแรง (ซึ่งก่อนหน้านี้เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับตัวเก็บประจุ) ในช่วงเริ่มต้นของสงครามโลกครั้งที่สอง เนื่องจากมาตรการปิดล้อมของเยอรมนีทำให้ห่วงโซ่อุปทานทั่วโลกหยุดชะงัก ความพยายามในการวิจัยระหว่างประเทศจึงทวีความเข้มข้นขึ้นเพื่อค้นหาวัสดุสังเคราะห์ทางเลือกที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง^{[ 3 ]}ในปี 1940 ห้องปฏิบัติการวิจัยเวสติงเฮาส์ได้สำรวจการรวมไททาเนียมไดออกไซด์กับ ออกไซด์ ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธและแสดงให้เห็นว่าค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงสุดสามารถทำได้โดยใช้แบเรียมออกไซด์รวมกับรูไทล์ทำให้เกิด BaTiO ^{4 ] ต่อ}มาในปี 1945 อาร์เธอร์ อาร์. ฟอน ฮิปเปลได้สาธิต การสลับเฟอร์โรอิเล็กทริกใน BaTiO 3 ^{[ 5 ]}

ของแข็งนี้มีอยู่ในรูปผลึก 4 รูปแบบที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ จากอุณหภูมิสูงไปต่ำ สมมาตรของผลึกทั้ง 4 รูปแบบนี้ ได้แก่โครงสร้างผลึก แบบลูกบาศก์ แบบ สี่เหลี่ยมจัตุรัสแบบออร์โธรอมบิกและแบบรอมโบฮีดรัล เฟสทั้งหมดนี้แสดงปรากฏการณ์เฟอร์โรอิเล็กทริก ยกเว้นเฟสลูกบาศก์ เฟสลูกบาศก์ที่อุณหภูมิสูงนั้นอธิบายได้ง่ายที่สุด เนื่องจากประกอบด้วยหน่วย TiO6 แบบออกตาเฮดรัลที่เชื่อมต่อกันที่มุมอย่างสม่ำเสมอกำหนดเป็นลูกบาศก์ที่มีจุดยอด O และขอบ Ti-O-Ti ในเฟสลูกบาศก์ Ba2 ⁺จะอยู่ที่ศูนย์กลางของลูกบาศก์ โดยมีเลขโคออร์ดิเนชัน โดยประมาณ เท่ากับ 12 เฟสที่มีสมมาตรต่ำกว่าจะเสถียรที่อุณหภูมิต่ำกว่า และเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของ Ti4 ⁺ไปยังตำแหน่งนอกศูนย์กลาง คุณสมบัติที่โดดเด่นของวัสดุนี้เกิดจากพฤติกรรมร่วมกันของการบิดเบี้ยว ของ Ti4 ^{+ [ 6 ]}

เหนือจุดหลอมเหลว ของเหลวจะมีโครงสร้างเฉพาะที่แตกต่างจากของแข็งอย่างเห็นได้ชัด โดย Ti ⁴⁺ ส่วนใหญ่ จะประสานกับออกซิเจนสี่อะตอมในหน่วย TiO แบบทรงสี่หน้า ซึ่งอยู่ร่วมกับหน่วยที่มีการประสานกันมากขึ้น^{[ 7 ]}

แบเรียมไททาเนตสามารถสังเคราะห์ได้โดยวิธีโซลไฮโดรเทอร์มอล ที่ค่อนข้างง่าย ^{[ 8 ]} แบเรียมไททาเนตยังสามารถผลิตได้โดยการให้ความร้อนแก่แบเรียมคาร์บอเนตและไททาเนียมไดออกไซด์ปฏิกิริยาดำเนินไปผ่านการเผาผนึกในเฟสของเหลวผลึกเดี่ยวสามารถเติบโตได้ที่อุณหภูมิประมาณ 1100  °C จากโพแทสเซียมฟลูออไรด์หลอมเหลว^{[ 9 ]} มักมีการเติมวัสดุอื่น ๆ เป็นสารเจือปนเช่น Sr เพื่อสร้างสารละลายของแข็งกับสตรอนเทียมไททาเนตแบเรียมไททาเนตทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนไตรคลอไรด์และผลิตส่วนผสมสีเขียวหรือสีเทา คุณสมบัติ เฟอร์โรอิเล็กทริกของส่วนผสมยังคงมีอยู่ในรูปแบบนี้

ความพยายามอย่างมากได้ถูกทุ่มเทไปกับการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสัณฐานวิทยาของอนุภาคและคุณสมบัติของมัน แบเรียมไททาเนตเป็นหนึ่งในสารประกอบเซรามิกไม่กี่ชนิดที่ทราบกันว่ามีการเติบโตของเกรนที่ผิดปกติซึ่งเกรนเหลี่ยมขนาดใหญ่จะเติบโตในเมทริกซ์ของเกรนที่ละเอียดกว่า ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อความหนาแน่นและคุณสมบัติทางกายภาพ^{[ 10 ]} แบเรียมไททาเนตนาโนคริสตัลไลน์ที่มีความหนาแน่นเต็มที่นั้นมี ค่าสภาพยอม ทางไฟฟ้าสูงกว่า วัสดุชนิดเดียวกันที่เตรียมด้วยวิธีแบบดั้งเดิม ถึง 40% ^{[ 11 ]}การเติมสารเจือปนของแบเรียมไททาเนตลงในดีบุกแสดงให้เห็นว่าสามารถผลิตวัสดุที่เป็นก้อนที่มีความแข็งแกร่งของความยืดหยุ่นหนืด สูง กว่าเพชร แบเรียมไททาเนตผ่านการเปลี่ยนเฟสสองครั้งที่เปลี่ยนรูปร่างและปริมาตรของผลึก การเปลี่ยนเฟสนี้ทำให้เกิดวัสดุผสมที่แบเรียมไททาเนตมีโมดูลัสปริมาตรเชิงลบ ( โมดูลัสของยัง ) ซึ่งหมายความว่าเมื่อมีแรงกระทำต่อสารเจือปน จะมีการเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งทำให้วัสดุผสมมีความแข็งแกร่งมากขึ้น^{[ 12 ]}

เช่นเดียวกับ ออกไซด์หลายชนิดแบเรียมไททาเนตไม่ละลายในน้ำ แต่ถูกกัดกร่อนโดยกรดซัลฟิวริกนอกจากนี้ยังละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริก เข้มข้น และกรดไฮโดรฟลูออริก [ ^{13 ] ช่อง} ว่าง พลังงานที่อุณหภูมิห้องของแบเรียมไท ทาเนต มีค่า 3.2 eV แต่ค่านี้จะเพิ่มขึ้นเป็น ~3.5 eV เมื่อขนาดอนุภาคลดลงจากประมาณ 15 นาโนเมตรเหลือ 7  นาโนเมตร^{[ 1 ]}

แบเรียมไททาเนตเป็น เซรามิก ไดอิเล็กทริกที่ใช้ในตัวเก็บประจุโดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงถึง 7,000 ในช่วงอุณหภูมิแคบๆ ค่าอาจสูงถึง 15,000 ได้ วัสดุเซรามิกและพอลิเมอร์ทั่วไปส่วนใหญ่มีค่าน้อยกว่า 10 ในขณะที่วัสดุอื่นๆ เช่น ไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2 มีค่าอยู่ระหว่าง 20 ถึง 70 ^{[ 15 ]} มีรายงานว่าผงแบเรียมไททาเนตที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบจัดเก็บพลังงานตัวเก็บประจุแบเรียมไททาเนตแบบใหม่สำหรับใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า^{[ 16 ]}

เป็น วัสดุ เพียโซอิเล็กทริกที่ใช้ในไมโครโฟนและทรานสดิวเซอร์ อื่นๆ แม้ว่าจะถูกแทนที่ด้วยตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนตเป็นส่วนใหญ่ก็ตาม โพลาไรเซชันแบบเกิดขึ้นเองของผลึกเดี่ยวแบเรียมไททาเนตที่อุณหภูมิห้องมีค่าอยู่ระหว่าง 0.15  C/m² ^ในการศึกษาก่อนหน้านี้^{[ 17 ]}และ 0.26  C/m² ^ในสิ่งพิมพ์ล่าสุด^{[ 18 ]}และอุณหภูมิคิวรีอยู่ระหว่าง 120 ถึง 130  °C ความแตกต่างเกี่ยวข้องกับเทคนิคการเติบโต โดย ผลึก ที่เติบโตด้วยฟลักซ์ ในยุคแรก มีความบริสุทธิ์น้อยกว่าผลึกในปัจจุบันที่เติบโตด้วยกระบวนการ Czochralski [ ^{19 ] ซึ่งจึงมีโพลาไรเซชันแบบเกิดขึ้นเองที่มากกว่าและ มี}อุณหภูมิคิวรีที่สูงกว่า

ผลึกแบเรียมไททาเนตมีการใช้งานในด้านทัศนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้นวัสดุนี้มีอัตราขยายการเชื่อมต่อลำแสงสูง และสามารถใช้งานได้ที่ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรด มีค่าการสะท้อนแสงสูงสุดในบรรดาวัสดุที่ใช้สำหรับ การใช้งาน การผันกลับเฟส แบบปั๊มด้วยตนเอง (SPPC) สามารถใช้สำหรับการผสมคลื่นสี่คลื่น แบบต่อเนื่องด้วยกำลังแสงในช่วงมิลลิวัตต์ สำหรับการ ^ใช้งานโฟโตเรฟรักทีฟ แบเรียมไททาเนตสามารถเจือด้วยธาตุอื่นๆ ได้หลายชนิด เช่นเหล็ก^{[ 20} ] ฟิล์มบางของแบเรียมไททาเนตแสดงการมอดูเลชันทางไฟฟ้าเชิงแสงที่ความถี่มากกว่า 40  GHz ^{[ 21 ]}

คุณสมบัติไพโรอิเล็กทริกและเฟอร์โรอิเล็กทริกของแบเรียมไททาเนตถูกนำมาใช้ในเซ็นเซอร์แบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อนบางประเภทสำหรับกล้องถ่ายภาพความร้อน

แบเรียมไททาเนตแบบผลึกหลายเหลี่ยมมีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานต่ออุณหภูมิเป็นบวก ทำให้เป็นวัสดุที่มีประโยชน์สำหรับเทอร์มิสเตอร์และระบบทำความร้อนไฟฟ้าแบบควบคุมตัวเองสำหรับการใช้งานเหล่านี้ แบเรียมไททาเนตจะถูกผลิตขึ้นโดยใช้สารเจือปนเพื่อให้วัสดุมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ การใช้งานเฉพาะ ได้แก่ การป้องกันกระแสเกินสำหรับมอเตอร์ บัลลาสต์สำหรับหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ เครื่องทำความร้อนในห้องโดยสารรถยนต์ และเครื่องทำความร้อนสำหรับใช้ในบ้าน^{[ 22 ] [ 23 ]}

เนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ที่สูงขึ้น อนุภาคนาโนแบเรียมไททาเนต(BTNPs) จึงถูกนำมาใช้เป็นตัวนำส่งยาใน ระดับนาโนเมื่อไม่นานมานี้ ^{[ 24 ]}

มีการรายงานปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกำลังมหาศาลในฟิล์มบางที่ปลูกบนพื้นผิวแบเรียมไททาเนต^{[ 25 ] [ 26 ]}

บาริโอเพอร์รอฟสไกต์เป็นอะนาล็อกธรรมชาติที่หายากมากของ BaTiO3 พบเป็นไมโครอินคลูชันในเบนิโทไอต์^{[ 27 ]}

• สตรอนเทียมไททาเนต
• ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต

• ความเข้ากันได้ของอนุภาคนาโน: เทคนิคการประมวลผลนาโนคอมโพสิตแบบใหม่สร้างตัวเก็บประจุที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น(เก็บถาวรเมื่อ 2009-05-08 ที่Wayback Machine)
• แบตเตอรี่แบบคาปาซิเตอร์ "ชาร์จเร็วทันที" ของ EEStor