Tytanian miedziowo-wapniowy
|
|
| Identyfikatory | |
|---|---|
| Nieruchomości | |
| Ca Cu 3 Ti 4 O 12 | |
| Masa cząsteczkowa | 614,1789 g/mol |
| Wygląd | brązowe ciało stałe |
| Gęstość | 4,7 g/cm3 , ciało stałe |
| Temperatura topnienia | >1000°C |
| Struktura | |
| Sześcienny | |
| Im3, nr 204 | |
|
a = 7,391 A
|
|
| Zagrożenia | |
| NFPA 704 (ognisty diament) | |
| Karta charakterystyki (SDS) | Zewnętrzna karta charakterystyki |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Tytanian wapniowo-miedziowy (w skrócie CCTO , dla tlenku wapniowo- miedziowo -tytanowego ) jest związkiem nieorganicznym o wzorze CaCu 3 Ti 4 O 12 . Jest godny uwagi ze względu na wyjątkowo dużą stałą dielektryczną (efektywna przenikalność względna ) przekraczającą 10 000 w temperaturze pokojowej.
Historia
CCTO został po raz pierwszy zsyntetyzowany w 1967 roku przez Alfreda Deschanvresa i jego współpracowników. Chociaż cechy strukturalne były znane, nie zmierzono żadnych właściwości fizycznych. W 2000 roku Mas Subramanian i jego koledzy z DuPont Central R&D odkryli, że CCTO wykazuje stałą dielektryczną większą niż 10 000, w porównaniu do zwykłego dielektryka SrTiO 3 , którego stała dielektryczna wynosi 300 w temperaturze pokojowej. Od tego czasu znalazł szerokie zastosowanie w kondensatorowych .
Synteza i struktura
Większość związków tworzących tę strukturę krystaliczną powstaje w warunkach wysokiego ciśnienia. Czyste CCTO można jednak łatwo zsyntetyzować standardowymi w stanie stałym za pomocą dokładnych mieszanin prekursorów węglanu metalu i tlenku w temperaturach między 1000 a 1200 ° C.
- 4TiO 2 + CaCO 3 + 3CuO → CaCu 3 Ti 4 O 12 + CO 2
CaCu 3 Ti 4 O 12 wywodzi się z sześciennej struktury perowskitu , przez oktaedryczne zniekształcenie pochylenia, podobnie jak GdFeO 3 . W obu przypadkach zniekształcenie jest spowodowane niedopasowaniem wielkości kationów A i sześciennej ReO 3 . Jednak CaCu 3 Ti 4 O 12 i GdFeO 3 przyjmują różne wzorce nachylenia oktaedrycznego ( a - b + a - i a + a + a + w notacji Glazera). Oktaedryczne zniekształcenie nachylenia związane ze strukturą GdFeO 3 prowadzi do struktury, w której wszystkie środowiska kationów A są identyczne. W przeciwieństwie do tego, oktaedryczne zniekształcenie nachylenia związane ze strukturą CaCu 3 Ti 4 O 12 tworzy strukturę, w której 75% miejsc A-kationów (miejsc A") ma kwadratową koordynację planarną, podczas gdy 25% miejsc A-kationów pozostaje 12 Kwadratowe płaskie miejsca są prawie zawsze wypełnione jonami Jahna-Tellera, takimi jak Cu 2+ lub Mn 3+ , podczas gdy miejsce A' jest zawsze zajęte przez większy jon.
Właściwości dielektryczne
Korzystając z zależności Clausiusa-Mossottiego , obliczona wewnętrzna stała dielektryczna powinna wynosić 49. Jednak CCTO wykazuje stałą dielektryczną powyżej 10 200 przy 1 MHz, ze styczną o niskiej stratności do około 300 ° C. Ponadto względna stała dielektryczna wzrasta wraz ze spadkiem częstotliwości (w zakresie od 1 MHz do 1 kHz).
Zjawisko kolosalnego dielektryka przypisuje się pojemności warstwy barierowej (IBLC) na granicy ziaren (wewnętrznej) zamiast wewnętrznej właściwości związanej ze strukturą kryształu . Ta mikrostruktura elektryczna warstwy barierowej o efektywnych wartościach przenikalności przekraczających 10 000 może być wytwarzana przez jednoetapową obróbkę w powietrzu w temperaturze ~1100 ° C. CCTO jest zatem atrakcyjną opcją dla obecnie stosowanych materiałów na bazie BaTiO 3 , które wymagają złożonych, wieloetapowych tras przetwarzania w celu wytworzenia IBLC o podobnej wydajności.
Ponieważ istnieje duża rozbieżność między obserwowaną stałą dielektryczną a obliczoną stałą wewnętrzną, prawdziwe pochodzenie tego zjawiska jest nadal przedmiotem dyskusji.
- ^ ab Subramanian , MA; Li, Dong; Duan, N.; Reisner, BA; Spryt, AW (2000-05-01). „Wysoka stała dielektryczna w fazach ACu3Ti4O12 i ACu3Ti3FeO12”. Journal of Solid State Chemistry . 151 (2): 323–325. Bibcode : 2000JSSCh.151..323S . doi : 10.1006/jssc.2000.8703 .
- ^ „CaCu3Ti4O12 (perowskit)” . chemia.osu.edu . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 19.09.2016 . Źródło 2016-07-04 .
- ^ Shannon, RD (1993-01-01). „Polaryzowalność dielektryczna jonów w tlenkach i fluorkach”. Journal of Applied Physics . 73 (1): 348–366. Bibcode : 1993JAP....73..348S . doi : 10.1063/1.353856 . ISSN 0021-8979 .
- ^ ab Subramanian , MA; Spryt, AW (2002-03-01). „Perowskity ACu3Ti4O12 i ACu3Ru4O12: wysokie stałe dielektryczne i degeneracja walencyjna”. Nauki o ciele stałym . 4 (3): 347–351. Bibcode : 2002SSSci...4..347S . doi : 10.1016/S1293-2558(01)01262-6 .
- ^ Ramirez, AP; Subramanian, MA; Gardel, M.; Blumberg, G; Li, D; Wójt, T; Shapiro, SM (2000-06-19). „Gigantyczna stała reakcja dielektryczna w tytanianu miedzi”. Komunikacja półprzewodnikowa . 115 (5): 217–220. Bibcode : 2000SSCom.115..217R . doi : 10.1016/S0038-1098(00)00182-4 .
- ^ Sinclair, Derek C.; Adams, Tymoteusz B.; Morrison, Finlay D.; Zachód, Anthony R. (2002-03-25). „CaCu3Ti4O12: Jednostopniowy kondensator z wewnętrzną warstwą barierową” . Listy z fizyki stosowanej . 80 (12): 2153–2155. Bibcode : 2002ApPhL..80.2153S . doi : 10.1063/1.1463211 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Badania w toku 2010 , University of Sheffield .
Linki zewnętrzne
-
Ahmadipour, Mohsen; Ain, Mohd Fadzil; Ahmad, Zainal Arifin (30 marca 2016). „Krótki przegląd elektroceramiki tytanianu miedziowo-wapniowego (CCTO): synteza, właściwości dielektryczne, osadzanie filmu i zastosowanie wykrywania” . Nano-mikro litery . 8 (4): 291–311. doi : 10.1007/s40820-016-0089-1 . PMC 6223690 . PMID 30460289 .
