Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

12 2 Grundlagen
Paradebeispiel für derartige hoch-ε Materialien ist die lückenlose Mischungsreihe SrTiO3-
(Ba,Sr)TiO3-BaTiO3 die in der Perowskit Struktur (A 2+ B 4+ O3 2- ) kristallisiert. Die Bezeichnung
Perowskit stammt von dem russischen Grafen Perovsky, der als erster auf die besonderen
Eigenschaften von CaTiO3 aufmerksam wurde. Die kubische Einheitszelle ist in Abbildung
2.1 dargestellt. Im Perowskitgitter ist das große A 2+ Kation zwölffach koordiniert. Das
kleinere B 4+ Kation befindet sich in der Mitte eines Oktaeders aus O2-Anionen und liegt damit
in sechsfacher Koordination vor.
Obwohl die Strukturbezeichnung sich ursprünglich auf die kubische Struktur bezog werden
heute auch verzerrte Strukturen mit zu den Perowskiten gerechnet. Die Verzerrung der Zellstruktur
im Perowskit hängt stark mit dem Ionenradius der Kationen zusammen. Die obere
Grenze für die A-Ionen ist gleich der Größe für die Sauerstoffatome mit einem Ionenradius
von 1,39A [17]. Die Werte von Sr, Ba und Ti sind 1,16A, 1,35A und 0,65A. In Abbildung 2.2
sind verschiedene Metallkombinationen entsprechend ihrem Ionenradius kombiniert. Bei
Raumtemperatur können so verschiedene Varianten der Perowskitstruktur gefunden werden.
Abbildung 2.2: Verteilung der
Perowskite A 2+ B 4+ O3 2- und ihre
Abhängigkeit vom Ionenradius
RA, RB bei Raumtemperatur,
aus [18].
Der graue Balken gibt den für
das System (Ba, Sr)TiO3 interessanten
Bereich an.
Das Materialsystem (Ba, Sr)TiO3 ist in diesem Diagramm durch den grauen Balken repräsentiert.
BTO ist bei Raumtemperatur tetragonal und auch ferroelektrisch. Ähnliches gilt für die
bariumreichen Mischkristalle. Das reine STO liegt am unteren Ende der Linie, ist kubisch und
damit dielektrisch. Durch Änderung der Temperatur werden bei einigen der ansonsten stabilen
Strukturen Phasenübergänge beobachtet. Dies soll am Beispiel von Bariumtitanat beschrieben
werden, siehe Abbildung 2.3.
Abbildung 2.3: Gitterparameter
und strukturellePhasenumwandlungen
des BaTiO3 aus
[19].