Supercritical fluids synthesis of BaTiO3 based nanoparticles: study of the particles growth mechanisms, powder processing and ferroelectric properties

In a context where the electronic is at the center of our society, the production of more compact and multifunctional devices focuses the research efforts. To answer to the expectations, one option is to improve the volume efficiency of passive components such as capacitors using dielectric nanoparticles such as BaTiO3. First, the objective is to optimize the synthesis of BaTiO3 nanoparticles and understand their formation in supercritical fluids. To do this, we combined conventional ex situ analyses such as X-ray diffraction, electronic microscopy, infrared and Raman spectroscopies with in situ synchrotron wide angle X-ray scattering analyses. This was then transferred to the development of Ba1-xSrxTiO3 (0 ≤ x ≤ 1) and BaTi1-yZryO3 (0 ≤ y ≤ 1) solid solutions. Once the syntheses were optimized, using spark plasma sintering (SPS), we processed the powders into dense and nanostructured ceramics keeping the starting particles size (20 nm), to study the materials intrinsic properties at the nanoscale. Finally, knowing the nanoparticles properties, we could start to develop hybrid dielectric materials for flexible electronics.

Im Zusammenhang mit unserer elektronisch geprägten Gesellschaft rückt die Produktion von kompakteren und multifunktionelleren Bauelementen immer mehr in den Fokus der Forschung. Eine Möglichkeit, um den Anforderungen gerecht werden zu können, ist eine Optimierung der Volumeneffizienz passiver Bauelemente (z.B. Kondensatoren) durch den Einsatz von Nanopartikeln wie z.B. BaTiO3. Zunächst ist es das Ziel, die Synthese von BaTiO3 Nanopartikeln zu optimieren und deren Bildung in Superkritischen Fluiden zu verstehen. Dafür werden konventionelle ex situ Analysen wie die Röntgenstrahlbeugung, Elektronenmikroskopie, Infrarot- und Ramanspektroskopie mit der in situ Analyse durch Synchrotron-Weitwinkel-Röntgenbeugung kombiniert. Das daraus gewonnene Wissen wird anschließend auf die Entwicklung von Ba1-xSrxTiO3 (0 ≤ x ≤ 1) und BaTi1-yO3 (0 ≤ y ≤ 1) Mischkristalle übertragen. Nach Optimierung der Synthese durch den Einsatz von Spark Plasma Sintern (SPS) wurden die Puder unter Beibehaltung einer Anfangskorngröße von (20 nm) zu dichten und nanostrukturierten Keramiken verarbeitet, um die intrinsischen Materialeigenschaften auf der Nanoskala zu untersuchen. Bei bekannten Eigenschaften der Nanopartikel kann mit der Entwicklung von dielektrischen Hybridmaterialen für flexible Elektronik begonnen werden.