チタン酸銅カルシウム
チタン酸銅カルシウム
CCTO
CCTO
識別子
  • 12336-91-3
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
  • DTXSID001045982
  • InChI=1S/Ca.3Cu.12O.4Ti/q4*+2;;;;;8*-1;;;;
    キー: WAAITMWVBUAGHE-UHFFFAOYSA-N
  • [Ca+2].[Cu+2].[Cu+2].[Cu+2].[O-][Ti](=O)[O-].[O-][Ti](=O)[O-].[O-][Ti](=O)[O-].[O-][Ti](=O)[O-]
プロパティ
CaCu 3 Ti 4 O 12
モル質量 614.1789 g/モル
外観 茶色の固体
密度 4.7 g/cm 3、固体
融点 1000℃以上
構造
キュービック
Im3、No. 204
a  = 7.391 Å
危険
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
1
0
0
安全データシート（SDS） 外部MSDS
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
化合物

チタン酸銅カルシウム（略称CCTO、酸化 チタン銅 カルシウム）は、化学式CaCu 3 Ti 4 O 12で表される無機化合物です。室温で10,000を超える非常に高い誘電率（実効比誘電率）を示すことで知られています。 [1]

歴史

CCTOは1967年にアルフレッド・デシャンヴレスとその同僚によって初めて合成されました[2] 。構造的特徴は知られていましたが、物理的特性は測定されていませんでした。2000年、デュポン中央研究開発部門のマス・スブラマニアンとその同僚は、CCTOの誘電率が10,000を超えることを発見しました。これは、室温での誘電率が300である通常の誘電体SrTiO 3と比較して高い値です。それ以来、CCTOはコンデンサ用途で広く使用されています。[疑わしい–議論する]

合成と構造

この結晶構造を形成する化合物のほとんどは高圧条件下で合成されます。しかし、純粋なCCTOは、金属炭酸塩と金属酸化物の前駆体を1000～1200℃の温度で均一に混合することにより、 標準的な固相法で容易に合成できます。

4TiO 2 + CaCO 3 + 3CuO → CaCu 3 Ti 4 O 12 + CO 2

CaCu 3 Ti 4 O 12の構造型は、 GdFeO 3と同様に、八面体傾斜歪みによって立方晶ペロブスカイト構造に由来する。どちらの場合も、この歪みはA陽イオンのサイズと立方晶ReO 3ネットワークの不一致によって引き起こされる。しかし、CaCu 3 Ti 4 O 12とGdFeO 3は、異なる八面体傾斜パターン（Glazer記法ではa − b + a −とa + a + a + ）をとる。GdFeO 3構造に関連する八面体傾斜歪みは、すべてのA陽イオン環境が同一である構造につながる。対照的に、CaCu 3 Ti 4 O 12構造に関連する八面体傾斜歪みは、A陽イオンサイト（A"サイト）の75%が平面正方配位を持ち、A陽イオンサイトの25%が12配位のままである構造を生み出す。平面正方サイトはほぼ常にCu 2+やMn 3+などのヤーン・テラーイオンで満たされ、A'サイトは常により大きなイオンで占有される。[3]

誘電特性

クラウジウス-モソッティの関係を用いると、計算された固有誘電率は49となるはずである。[4]しかし、CCTOは1MHzで10,200以上の誘電率を示し、約300℃まで中程度の誘電正接を示す。 [5] [6]さらに、相対誘電率は周波数の低下とともに増加する（1MHzから1kHzの範囲）。

巨大誘電現象は、結晶構造に固有の特性ではなく、粒界（内部）バリア層容量（IBLC）に起因すると考えられています。[1] [5]実効誘電率が10,000を超えるこのバリア層電気微細構造は、約1100℃の空気中で一段階処理によって作製できます。したがって、CCTOは、同様の容量のIBLCを製造するために複雑な多段階処理を必要とする現在使用されているBaTiO 3ベースの材料にとって魅力的な選択肢となります。[7]

観測された誘電率と計算された固有定数の間には大きな相違があるため、この現象の真の原因は未だ議論が続いている。[8]

参考文献

  1. ^ ab Subramanian, MA; Li, Dong; Duan, N.; Reisner, BA; Sleight, AW (2000-05-01). 「ACu 3 Ti 4 O 12およびACu 3 Ti 3 FeO 12相における高誘電率」. Journal of Solid State Chemistry . 151 (2): 323– 325. Bibcode :2000JSSCh.151..323S. doi :10.1006/jssc.2000.8703.
  2. ^ Rohilla, Vishal; Kumar, Mukesh; Panwar, NS; Kumar, Dinesh; Gupta, Rahul (2023-09-01). 「高赤外線反射率を有する褐色無機顔料としてのチタン酸銅カルシウム（CaCu3Ti4O12）粉末の合成と特性評価」ECS Advances . 2 (3): 032002. doi : 10.1149/2754-2734/acf86d . ISSN  2754-2734.
  3. ^ “CaCu3Ti4O12 (ペロブスカイト)”. chemistry.osu.edu . 2016年9月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年7月4日閲覧。
  4. ^ Shannon, RD (1993-01-01). 「酸化物およびフッ化物中のイオンの誘電分極率」. Journal of Applied Physics . 73 (1): 348– 366. Bibcode :1993JAP....73..348S. doi :10.1063/1.353856. ISSN  0021-8979.
  5. ^ ab Subramanian, MA; Sleight, AW (2002-03-01). 「ACu 3 Ti 4 O 12およびACu 3 Ru 4 O 12ペロブスカイト：高誘電率と原子価縮退」. Solid State Sciences . 4 (3): 347– 351. Bibcode :2002SSSci...4..347S. doi :10.1016/S1293-2558(01)01262-6.
  6. ^ Ramirez, A. P; Subramanian, M. A; Gardel, M; Blumberg, G; Li, D; Vogt, T; Shapiro, S. M (2000-06-19). 「チタン酸銅における巨大誘電率応答」. Solid State Communications . 115 (5): 217– 220. Bibcode :2000SSCom.115..217R. doi :10.1016/S0038-1098(00)00182-4.
  7. ^ Sinclair, Derek C.; Adams, Timothy B.; Morrison, Finlay D.; West, Anthony R. (2002-03-25). 「CaCu 3 Ti 4 O 12 : ワンステップ内部バリア層コンデンサ」. Applied Physics Letters . 80 (12): 2153– 2155. Bibcode :2002ApPhL..80.2153S. doi :10.1063/1.1463211. ISSN  0003-6951.
  8. ^ Research in Progress 2010 Archived 2015-09-24 at the Wayback Machine、シェフィールド大学。
  • Ahmadipour, Mohsen; Ain, Mohd Fadzil; Ahmad, Zainal Arifin (2016年3月30日). 「銅カルシウムチタン酸塩（CCTO）電気セラミックのショートレビュー：合成、誘電特性、膜堆積、およびセンシングへの応用」. Nano-Micro Letters . 8 (4): 291– 311. Bibcode :2016NML.....8..291A. doi :10.1007/s40820-016-0089-1. PMC 6223690.  PMID 30460289  . オープンアクセスアイコン
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