Титанат меди и кальция
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| Характеристики | |
| СаСу 3 Ти 4 О 12 | |
| Молярная масса | 614.1789 g/mol |
| Появление | коричневый твердый |
| Плотность | 4,7 г/см 3 , твердый |
| Температура плавления | >1000 °С |
| Структура | |
| Кубический | |
| Им3, № 204 | |
а = 7,391 Å | |
| Опасности | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Паспорт безопасности (SDS) | Внешний паспорт безопасности материалов |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Титанат кальция и меди (также сокращенно CCTO , от кальция , меди и титана оксида ) представляет собой неорганическое соединение с формулой CaCu 3 Ti 4 O 12 . Он примечателен своей чрезвычайно большой диэлектрической проницаемостью (эффективной относительной диэлектрической проницаемостью ), превышающей 10 000 при комнатной температуре. [1]
История
[ редактировать ]CCTO был впервые синтезирован в 1967 году Альфредом Дешанвром и его коллегами. Хотя структурные особенности были известны, никакие физические свойства не были измерены. В 2000 году Мас Субраманиан и его коллеги из DuPont Central R&D обнаружили, что диэлектрическая проницаемость CCTO превышает 10 000 по сравнению с обычным диэлектриком SrTiO 3 , константа которого равна 300 при комнатной температуре. С тех пор он нашел широкое применение в конденсаторах .
Синтез и структура
[ редактировать ]Большинство соединений, образующих эту кристаллическую структуру, производятся в условиях высокого давления. Чистый CCTO, однако, может быть легко синтезирован стандартными твердотельными методами через чистые смеси предшественников карбоната металла и оксида при температурах от 1000 до 1200 ° C.
- 4TiO 2 + CaCO 3 + 3CuO → CaCu 3 Ti 4 O 12 + CO 2
Структурный тип CaCu 3 Ti 4 O 12 получен из структуры кубического перовскита за счет октаэдрического наклонного искажения, как и GdFeO 3 . В обоих случаях искажение вызвано несоответствием размеров А-катионов и кубической сетки ReO 3 . Однако CaCu 3 Ti 4 O 12 и GdFeO 3 принимают разные модели октаэдрического наклона (а − б + а − и + а + а + в обозначениях Глейзера). Октаэдрическое наклонное искажение, связанное со структурой GdFeO 3 , приводит к структуре, в которой все окружения А-катионов идентичны. Напротив, октаэдрическое наклонное искажение, связанное со структурой CaCu 3 Ti 4 O 12, создает структуру, в которой 75% позиций катиона А (сайты А") имеют квадратную плоскую координацию, в то время как 25% позиций катиона А остаются 12 координата Квадратные плоские участки почти всегда заполнены ян-теллеровскими ионами, такими как Cu. 2+ или Мн 3+ , а позиция А' всегда занята более крупным ионом. [2]
Диэлектрические свойства
[ редактировать ]Используя соотношение Клаузиуса-Моссотти , рассчитанная собственная диэлектрическая проницаемость должна составлять 49. [3] Однако CCTO имеет диэлектрическую проницаемость более 10 200 на частоте 1 МГц с низким тангенс угла потерь примерно до 300 °C. [4] [5] Кроме того, относительная диэлектрическая проницаемость увеличивается с уменьшением частоты (в диапазоне от 1 МГц до 1 кГц).
Явление колоссальной диэлектрики объясняется емкостью зернограничного (внутреннего) барьерного слоя (IBLC), а не внутренним свойством, связанным с кристаллической структурой . [1] [4] Эта электрическая микроструктура барьерного слоя с эффективными значениями диэлектрической проницаемости более 10 000 может быть изготовлена одностадийной обработкой на воздухе при температуре ~ 1100 ° C. Таким образом, CCTO является привлекательным вариантом для используемых в настоящее время материалов на основе BaTiO 3 , которые требуют сложных многоэтапных маршрутов обработки для производства IBLC аналогичной мощности. [6]
Поскольку существует большое расхождение между наблюдаемой диэлектрической проницаемостью и рассчитанной внутренней постоянной, истинная причина этого явления все еще обсуждается. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Субраманиан, Массачусетс; Ли, Донг; Дуань, Н.; Рейснер, бакалавр; Слейт, AW (1 мая 2000 г.). «Высокая диэлектрическая проницаемость в фазах ACu3Ti4O12 и ACu3Ti3FeO12». Журнал химии твердого тела . 151 (2): 323–325. Бибкод : 2000JSSCh.151..323S . дои : 10.1006/jssc.2000.8703 .
- ^ «CaCu3Ti4O12 (Перовскит)» . chemistry.osu.edu . Архивировано из оригинала 19 сентября 2016 г. Проверено 4 июля 2016 г.
- ^ Шеннон, РД (1 января 1993 г.). «Диэлектрическая поляризуемость ионов в оксидах и фторидах». Журнал прикладной физики . 73 (1): 348–366. Бибкод : 1993JAP....73..348S . дои : 10.1063/1.353856 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Jump up to: а б Субраманиан, Массачусетс; Слейт, AW (1 марта 2002 г.). «Перовскиты ACu3Ti4O12 и ACu3Ru4O12: высокие диэлектрические проницаемости и валентное вырождение». Науки о твердом теле . 4 (3): 347–351. Бибкод : 2002SSSci...4..347S . дои : 10.1016/S1293-2558(01)01262-6 .
- ^ Рамирес, AP; Субраманиан, Массачусетс; Гардель, М; Блумберг, Г; Ли, Д; Фогт, Т; Шапиро, С.М. (19 июня 2000 г.). «Гигантский отклик диэлектрической проницаемости в титанате меди». Твердотельные коммуникации . 115 (5): 217–220. Бибкод : 2000SSCom.115..217R . дои : 10.1016/S0038-1098(00)00182-4 .
- ^ Синклер, Дерек К.; Адамс, Тимоти Б.; Моррисон, Финли Д.; Уэст, Энтони Р. (25 марта 2002 г.). «CaCu3Ti4O12: Одноступенчатый конденсатор с внутренним барьерным слоем». Письма по прикладной физике . 80 (12): 2153–2155. Бибкод : 2002ApPhL..80.2153S . дои : 10.1063/1.1463211 . ISSN 0003-6951 .
- ↑ Исследование продолжается, 2010 г. Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine , Университет Шеффилда .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ахмадипур, Мохсен; Айн, Мохд Фадзил; Ахмад, Зайнал Арифин (30 марта 2016 г.). «Краткий обзор электрокерамики из титаната меди и кальция (CCTO): синтез, диэлектрические свойства, осаждение пленки и применение для измерения» . Нано-микробуквы . 8 (4): 291–311. дои : 10.1007/s40820-016-0089-1 . ПМК 6223690 . ПМИД 30460289 .
