Титанат кальция и меди - Calcium copper titanate

Титанат кальция и меди
CCTO
Идентификаторы
Характеристики
CaCu3Ti4О12
Молярная масса614,1789 г / моль
Внешностькоричневое твердое вещество
Плотность4,7 г / см3, твердый
Температура плавления> 1000 ° С
Структура
Кубический
Im3, № 204
а = 7,391 Å
Опасности
Паспорт безопасностиВнешний паспорт безопасности материалов
NFPA 704 (огненный алмаз)
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Титанат кальция и меди (также сокращенно CCTO, за кальций медь титан окись ) является неорганическое соединение с формулой CaCu3Ti4О12. Он примечателен своей чрезвычайно большой диэлектрической проницаемостью (эффективная относительная диэлектрическая проницаемость ) более 10 000 при комнатной температуре.[1]

История

CCTO был впервые синтезирован в 1967 году Альфредом Дешанвресом и его сотрудниками. Хотя структурные особенности были известны, физические свойства не измерялись. В 2000 г. Мас Субраманиан и его коллеги в DuPont Центр исследований и разработок обнаружил, что CCTO показала диэлектрическая постоянная более 10 000 по сравнению с обычным диэлектриком SrTiO3, которая имеет константу 300 при комнатной температуре. С тех пор он нашел широкое применение в конденсатор Приложения.

Синтез и структура

Большинство соединений, образующих эту кристаллическую структуру, производятся в условиях высокого давления. Однако чистый CCTO может быть легко синтезирован стандартным твердое состояние методы с использованием однородных смесей предшественников карбоната металла и оксида при температурах от 1000 до 1200 ° C.

4TiO2 + CaCO3 + 3CuO → CaCu3Ti4О12 + CO2

CaCu3Ti4О12 тип структуры происходит от кубической перовскит структура, октаэдрическим искажением наклона, как GdFeO3. В обоих случаях искажение вызвано несоответствием между размером A-катионов и кубической ReO3 сеть. Однако CaCu3Ti4О12 и GdFeO3 принять различные модели октаэдрического наклона (a−б+а− и+а+а+ в обозначениях Глейзера). Октаэдрическое искажение наклона, связанное с GdFeO3 структура приводит к структуре, в которой все окружения A-катионов идентичны. Напротив, октаэдрическое искажение наклона, связанное с CaCu3Ti4О12 структура дает структуру, в которой 75% сайтов A-катиона (сайты A ") имеют квадратный плоский координация, в то время как 25% сайтов A-катиона остаются 12 координационными. Квадратные плоские участки почти всегда заполнены Ян-Теллер ион, такой как Cu2+ или Mn3+, а позиция A 'всегда занята более крупным ионом.[2]

Диэлектрические свойства

С использованием Соотношение Клаузиуса-Моссотти, расчетная собственная диэлектрическая проницаемость должна быть 49.[3] Тем не менее, CCTO демонстрирует диэлектрическую проницаемость выше 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 диэлектрической проницаемости связано с граница зерна (внутренняя) емкость барьерного слоя (IBLC) вместо внутреннего свойства, связанного с Кристальная структура.[1][4] Эта электрическая микроструктура барьерного слоя с эффективными значениями диэлектрической проницаемости, превышающими 10 000, может быть изготовлена ​​путем одностадийной обработки на воздухе при ~ 1100 ° C. Таким образом, CCTO является привлекательным вариантом для используемого в настоящее время BaTiO.3материалы на основе, которые требуют сложных многоступенчатых технологических процессов для производства IBLC аналогичной мощности.[6]

Поскольку существует большое расхождение между наблюдаемой диэлектрической проницаемостью и расчетной внутренней постоянной, истинное происхождение этого явления все еще обсуждается.[7]

Рекомендации

  1. ^ а б Субраманиан, М. А .; Ли, Донг; Duan, N .; Reisner, B.A .; Sleight, A. W. (2000-05-01). «Высокая диэлектрическая проницаемость в фазах ACu3Ti4O12 и ACu3Ti3FeO12». Журнал химии твердого тела. 151 (2): 323–325. Дои:10.1006 / jssc.2000.8703.
  2. ^ «CaCu3Ti4O12 (Перовскит)». chemistry.osu.edu. Архивировано из оригинал в 2016-09-19. Получено 2016-07-04.
  3. ^ Шеннон, Р. Д. (1993-01-01). «Диэлектрическая поляризуемость ионов в оксидах и фторидах». Журнал прикладной физики. 73 (1): 348–366. Дои:10.1063/1.353856. ISSN  0021-8979.
  4. ^ а б Субраманиан, М. А .; Sleight, A. W. (2002-03-01). «Перовскиты ACu3Ti4O12 и ACu3Ru4O12: высокие диэлектрические проницаемости и валентное вырождение». Науки о твердом теле. 4 (3): 347–351. Дои:10.1016 / S1293-2558 (01) 01262-6.
  5. ^ Ramirez, A.P; Субраманиан, М. А; Гардель, М; Блумберг, G; Ли, Д; Фогт, Т; Шапиро, С. М. (2000-06-19). «Гигантский отклик диэлектрической проницаемости в титанате меди». Твердотельные коммуникации. 115 (5): 217–220. Дои:10.1016 / S0038-1098 (00) 00182-4.
  6. ^ Синклер, Дерек К .; Адамс, Тимоти Б .; Моррисон, Финлей Д.; Уэст, Энтони Р. (2002-03-25). «CaCu3Ti4O12: одноступенчатый конденсатор с внутренним барьерным слоем». Письма по прикладной физике. 80 (12): 2153–2155. Дои:10.1063/1.1463211. ISSN  0003-6951.
  7. ^ Исследования в процессе 2010, то Университет Шеффилда.

внешняя ссылка