titanato de calcio y cobre

El titanato de calcio y cobre ₍ también abreviado CCTO , por óxido de calcio , cobre y titanio ) es un compuesto inorgánico con la fórmula CaCu₃Ti₄O₁₂ _. Destaca por su constante dieléctrica extremadamente alta ( permitividad relativa efectiva) de más de 10 ₀₀₀ a temperatura ambiente. ^{[ 1 ]}

El CCTO fue sintetizado por primera vez en 1967 por Alfred Deschanvres y sus colaboradores. ^{[ 2 ]} Si bien se conocían sus características estructurales, no se habían medido sus propiedades físicas. En el año 2000, Mas Subramanian y sus colegas del Centro de I+D de DuPont descubrieron que el CCTO presentaba una constante dieléctrica superior a 10 000, en comparación con el dieléctrico normal SrTiO₃ , _cuya constante es de 300 a temperatura ambiente. Desde entonces, se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de condensadores .

La mayoría de los compuestos que forman esta estructura cristalina se fabrican en condiciones de alta presión. Sin embargo, el CCTO puro se puede sintetizar fácilmente mediante métodos estándar de estado sólido, a través de mezclas íntimas de precursores de carbonato y óxido metálico a temperaturas entre 1000 y 1200  °C.

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

El tipo de estructura CaCu₃Ti₄O₁₂ _se deriva de la estructura de perovskita cúbica , mediante una distorsión de inclinación octaédrica, al igual que GdFeO₃ . En _{ambos casos , la distorsión se debe a un desajuste entre el} tamaño de los cationes A y la red cúbica _de ReO₃ . Sin embargo , CaCu₃Ti₄O₁₂ _y GdFeO₃ _adoptan diferentes patrones de inclinación octaédrica (a ⁻ b ⁺ a ⁻ y a ⁺ a ⁺ a ^{+ en} _{la notación de Glazer). La distorsión de} inclinación octaédrica asociada con la estructura de GdFeO₃ da _lugar a una estructura donde todos los entornos de los cationes A son idénticos. En contraste, la distorsión de inclinación octaédrica asociada con la estructura CaCu₃Ti₄O₁₂ _produce una estructura donde el 75% de los sitios catiónicos A (sitios A') tienen _{coordinación} plano _- cuadrada , mientras que el 25% de los sitios catiónicos A permanecen con coordinación 12. Los sitios planos-cuadrados casi siempre están ocupados por iones Jahn-Teller como Cu²⁺ ^o Mn³⁺ ^, mientras que el sitio A' siempre está ocupado por un ion más grande. ^{[ 3 ]}

Utilizando la relación de Clausius-Mossotti , la constante dieléctrica intrínseca calculada debería ser 49. ^{[ 4 ]} Sin embargo, el CCTO exhibe una constante dieléctrica superior a 10 200 a 1  MHz, con una tangente de pérdida moderada hasta aproximadamente 300  °C. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Además, la constante dieléctrica relativa aumenta al disminuir la frecuencia (en el rango de 1  MHz a 1  kHz).

El fenómeno dieléctrico colosal se atribuye a una capacitancia de capa barrera interna (IBLC) en el límite de grano, en lugar de una propiedad intrínseca asociada a la estructura cristalina . ^{[ 1 ] [ 5 ]} Esta microestructura eléctrica de capa barrera, con valores de permitividad efectiva superiores a 10 000, puede fabricarse mediante un proceso de un solo paso en aire a ~1100  °C. Por lo tanto, el CCTO es una opción atractiva frente a los materiales basados ​​en BaTiO₃ que se utilizan actualmente, _los cuales requieren rutas de procesamiento complejas y multietapa para producir IBLC de capacidad similar. ^{[ 7 ]}

Debido a la gran discrepancia entre la constante dieléctrica observada y la constante intrínseca calculada, el verdadero origen de este fenómeno sigue siendo objeto de debate. ^{[ 8 ]}

• Ahmadipour, Mohsen; Ain, Mohd Fadzil; Ahmad, Zainal Arifin (30 de marzo de 2016). "Una breve revisión sobre la electrocerámica de titanato de cobre y calcio (CCTO): síntesis, propiedades dieléctricas, deposición de película y aplicación de detección" . Nano -Micro Letters . 8 (4): 291– 311. Bibcode : 2016NML.....8..291A . doi : 10.1007/s40820-016-0089-1 . PMC 6223690. PMID 30460289 .