Kalciumkoppartitanat
|
|
| Identifierare | |
|---|---|
| Egenskaper | |
| CaCu3Ti4O 12 _ _ _ _ | |
| Molar massa | 614,1789 g/mol |
| Utseende | brunt fast ämne |
| Densitet | 4,7 g/cm3 , fast |
| Smältpunkt | >1000°C |
| Strukturera | |
| Kubisk | |
| Im3, nr 204 | |
|
a = 7,391 Å
|
|
| Faror | |
| NFPA 704 (branddiamant) | |
| Säkerhetsdatablad (SDS) | Externt MSDS |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Kalciumkoppartitanat ( även förkortat CCTO , för kalciumkoppartitanoxid ) är en oorganisk förening med formeln CaCu 3 Ti 4 O 12 . Det är anmärkningsvärt för sin extremt stora dielektriska konstant (effektiv relativ permittivitet ) på över 10 000 vid rumstemperatur.
Historia
CCTO syntetiserades första gången 1967 av Alfred Deschanvres och hans medarbetare. Även om de strukturella egenskaperna var kända, hade inga fysikaliska egenskaper uppmätts. År 2000 Mas Subramanian och hans kollegor vid DuPont Central R&D att CCTO visade en dielektricitetskonstant större än 10 000, jämfört med den normala dielektriska SrTiO 3 , som har en konstant på 300 vid rumstemperatur. Sedan dess har den funnit utbredd användning i kondensatortillämpningar .
Syntes och struktur
De flesta föreningar som bildar denna kristallstruktur tillverkas under högtrycksförhållanden. Ren CCTO kan dock enkelt syntetiseras med standardmetoder i fast tillstånd via intima blandningar av metallkarbonat och oxidprekursorer vid temperaturer mellan 1000 och 1200 °C.
- 4TiO 2 + CaCO 3 + 3CuO → CaCu 3 Ti 4 O 12 + CO 2
CaCu 3 Ti 4 O 12 strukturtyp härleds från den kubiska perovskitstrukturen , genom en oktaedrisk lutande distorsion liksom GdFeO 3 . I båda fallen drivs distorsionen av ReO3 en oöverensstämmelse mellan storleken på A-katjonerna och det kubiska -nätverket. Emellertid antar CaCu 3 Ti 4 O 12 och GdFeO 3 olika mönster av oktaedrisk lutning (a − b + a − och a + a + a + i Glazer-notation). Den oktaedriska lutningsförvrängningen associerad med GdFeO 3 -strukturen leder till en struktur där alla A-katjonmiljöer är identiska. Däremot producerar den oktaedriska lutningsförvrängningen associerad med CaCu 3 Ti 4 O 12 -strukturen en struktur där 75 % av A-katjonplatserna (A”-ställena) har kvadratisk plan koordination, medan 25 % av A-katjonplatserna förblir 12 De kvadratiska plana platserna fylls nästan alltid av Jahn-Teller -joner såsom Cu 2+ eller Mn 3+ , medan A'-platsen alltid är upptagen av en större jon.
Dielektriska egenskaper
Med Clausius-Mossotti-relationen bör den beräknade inre dielektricitetskonstanten vara 49. Emellertid uppvisar CCTO en dielektricitetskonstant uppåt på 10 200 vid 1 MHz, med en tangent med låg förlust till ungefär 300 °C. Dessutom ökar den relativa dielektricitetskonstanten med minskande frekvens (i området 1 MHz till 1 kHz).
Det kolossal-dielektriska fenomenet tillskrivs en korngräns (intern) barriärskiktskapacitans (IBLC) istället för en inneboende egenskap som är associerad med kristallstrukturen . Denna elektriska mikrostruktur av barriärskiktet med effektiva permittivitetsvärden på över 10 000 kan tillverkas genom enstegsbehandling i luft vid ~1100 °C. CCTO är därför ett attraktivt alternativ för de för närvarande använda BaTiO 3 -baserade materialen som kräver komplexa flerstegsprocessvägar för att producera IBLC med liknande kapacitet.
Eftersom det finns en stor diskrepans mellan den observerade dielektricitetskonstanten och den beräknade inre konstanten, är det verkliga ursprunget till detta fenomen fortfarande under debatt.
- ^ a b Subramanian, MA; Li, Dong; Duan, N.; Reisner, BA; Sleight, AW (2000-05-01). "Hög dielektrisk konstant i faserna ACu3Ti4O12 och ACu3Ti3FeO12". Journal of Solid State Chemistry . 151 (2): 323–325. Bibcode : 2000JSSCh.151..323S . doi : 10.1006/jssc.2000.8703 .
- ^ "CaCu3Ti4O12 (Perovskite)" . chemistry.osu.edu . Arkiverad från originalet 2016-09-19 . Hämtad 2016-07-04 .
- ^ Shannon, RD (1993-01-01). "Dielektriska polariserbarhet av joner i oxider och fluorider". Journal of Applied Physics . 73 (1): 348–366. Bibcode : 1993JAP....73..348S . doi : 10.1063/1.353856 . ISSN 0021-8979 .
- ^ a b Subramanian, MA; Sleight, AW (2002-03-01). "ACu3Ti4O12 och ACu3Ru4O12 perovskites: höga dielektriska konstanter och valensdegeneration". Fasta tillståndsvetenskaper . 4 (3): 347–351. Bibcode : 2002SSSci...4..347S . doi : 10.1016/S1293-2558(01)01262-6 .
- ^ Ramirez, A.P; Subramanian, M.A; Gardel, M; Blumberg, G; Li, D; Vogt, T; Shapiro, S. M (2000-06-19). "Jättesvar av dielektrisk konstant i ett koppartitanat". Solid State Communications . 115 (5): 217–220. Bibcode : 2000SSCom.115..217R . doi : 10.1016/S0038-1098(00)00182-4 .
- ^ Sinclair, Derek C.; Adams, Timothy B.; Morrison, Finlay D.; West, Anthony R. (2002-03-25). "CaCu3Ti4O12: Enstegs kondensator för inre spärrskikt". Bokstäver i tillämpad fysik . 80 (12): 2153–2155. Bibcode : 2002ApPhL..80.2153S . doi : 10.1063/1.1463211 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Pågående forskning 2010, University of Sheffield .
externa länkar
-
Ahmadipour, Mohsen; Ain, Mohd Fadzil; Ahmad, Zainal Arifin (30 mars 2016). "En kort recension av kopparkalciumtitanat (CCTO) elektrokeramik: syntes, dielektriska egenskaper, filmavsättning och avkänningstillämpning" . Nano-mikrobokstäver . 8 (4): 291–311. doi : 10.1007/s40820-016-0089-1 . PMC 6223690 . PMID 30460289 .
