Импеданс-спектроскопия СaCu3Ti4O12

Н.А. Секушин, Л.А. Кокшарова, Н.А. Жук показать трудоустройства и электронную почту
Получена 27 сентября 2019; Принята 06 декабря 2019;
Цитирование: Н.А. Секушин, Л.А. Кокшарова, Н.А. Жук. Импеданс-спектроскопия СaCu3Ti4O12. Письма о материалах. 2020. Т.10. №1. С.72-77
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-1-72-77

Аннотация

Структура эквивалентной схемы CaCu3Ti4O12 показывает, что в материале возможны три процесса: сквозная проводимость и два перекрывающихся поляризационных процесса: электронный и дипольно-релаксационный. Температурные зависимости удельной проводимости в координатах Аррениуса для образцов CaCu3Ti4O12 разной толщины линейны и характеризуются энергией активации 1.05 эВ. На температурных зависимостях электрических параметров образцов при T = 350 C наблюдаются минимумы, что можно объяснить изменением механизма поляризации.В настоящее время, в связи с возросшей потребностью в миниатюризации электронных устройств, значительный научно-исследовательский интерес ученых всего мира вызывает электротехническая керамика, проявляющая гигантские значения диэлектрической проницаемости, в частности, титанат кальция-меди СаСu3Ti4O12 (ССТО). Не являясь сегнетоэлектриком, это соединение обладает чрезвычайно большой диэлектрической проницаемостью (ε ~104 – 105) в широком температурном (100 – 600 К) и частотном (20 Гц –1 МГц) интервалах. Несмотря на активные исследования СаСu3Ti4O12, до сих пор остаются не разрешенными вопросы, связанные с влиянием неоднородностей микроструктуры керамики на электрические свойства соединения. Как показывают экспериментальные данные, традиционно анализируемые электрические параметры материалов, такие как, тангенс угла диэлектрических потерь или диэлектрическая проницаемость, проявляют зависимость не только от температуры или частоты электромагнитного поля, но и от геометрических параметров образцов по причине различий в микроструктуре соединения. В связи с этим, на примере СаСu3Ti4O12 предложены к использованию интегральные характеристики среды, полученные из данных импеданс-спектроскопии. Рассматриваемые характеристики имеют понятный физический смысл и не зависят от геометрии образцов. В работе предложена эквивалентная схема, удовлетворительно описывающая электрические свойства титаната кальция-меди. Структура эквивалентной схемы CaCu3Ti4O12 показывает, что в материале возможны три процесса: сквозная проводимость и два перекрывающихся поляризационных процесса: электронный и дипольно-релаксационный. Температурные зависимости удельной проводимости в координатах Аррениуса для образцов CaCu3Ti4O12 разной толщины линейны и характеризуются энергией активации 1.05 эВ. На температурных зависимостях электрических параметров образцов при T = 350°C наблюдаются минимумы, что можно объяснить изменением механизма поляризации. Высказана гипотеза о возникновении биполярной ионной проводимости, осуществляемой ионами противоположного заряда. Образование электронейтральных ассоциатов таких ионов обуславливает экстремум электрических характеристик образцов.

Ссылки (26)

1. A. Deschanvres, B. Raveau, F. Tollemer. Bull. Soc. Chim. Fr. 11, 4077 (1967).
2. M. A. Subramanian, D. Li, N. Duan, B. A. Reisner, A. W. Sleight. J. Sol. St. Chem. 151, 323 (2000). Crossref
3. J. Li, A. W. Sleight, M. A. Subramanian. Sol. St. Comm. 135, 260 (2005). Crossref
4. H. E. Kim, S. D. Yang, J. W. Lee, H. M. Park, S. I. Yoo. J. Cryst. Growth. 408, 60 (2014). Crossref
5. D. Qin, G. Liang. Alloys and Comp. 549, 11 (2013). Crossref
6. C.S. Han, H.R. Choi, H.J. Choi, Y.S. Cho. Chem. Mater. 29, 5915 (2017). Crossref
7. M. V. Gorev, I. N. Flerov, A. V. Kartashev, S. Guillemet-Fritsch. Phys. Sol. St. 54, 1785 (2012). Crossref
8. W. Hao, J. Zhang. J. Alloys Compd. 559, 16 (2013). Crossref
9. Z. Yang, Y. Zhang, R. Xiong, J. S. Z. Yang, Y. Zhang, R. Xiong, J. Shi. Mater. Res. Bull. 48, 310 (2013). Crossref
10. C. M. Wang, K. S. Kao, S. Y. Lin, Y. C. Chen, S. C. Weng. J. of Phys. Chem. Sol. 69, 608 (2008). Crossref
11. M. Li, X. L. Chen, D. F. Zhang, Q. Liu, C. X. Li. Ceram. Intern. 41, 14854 (2015). Crossref
12. N. A. Sekushin, N. A. Zhuk, L. A. Koksharova et al. Lett. on Mater. 1, 5 (2019). (in Russian) [Н.А. Секушин, Н.А. Жук, Л.А. Кокшарова и др. Письма о материалах. 1, 5 (2019).]. Crossref
13. L. Sun, Z. Wang, Y. Shi, E. Cao, Y. Zhang, H. Peng, L. Ju. Ceram. Intern. 41, 13486 (2015). Crossref
14. A. K. Rai, N. K. Singh, S. K. Lee, K. D. Mandal, D. Kumar, O. Parkash. J. Alloys Compd. 509, 8901 (2011). Crossref
15. N. A. Zhuk, S. M. Shugurov, V. A. Belyy et al. Ceram. Intern. 44, 20841 (2018). Crossref
16. R. Löhnert, R. Schmidt, J. Töpfer. J. Electroceram. 34, 241 (2015). Crossref
17. J. J. Mohamed, S. D. Hutagalung, M. F. Ain, K. Deraman, Z. A. Ahmad. Mater. Lett. 61, 1835 (2007). Crossref
18. J. W. Lee, J. H. Koh. Ceram. Intern. 41, 10442 (2015). Crossref
19. P. Liu, Y. Lai, Y. Zeng, S. Wu, Z. Huang, J. Han. J. Alloys Compd. 650, 59 (2015). Crossref
20. L. G. Akselrud, Yu. N. Grin, P. Yu. Zavalij et al. Thes. Rep. XII Eur. Crystallogr. Meet. 3, 155 (1985).
21. N. A. Sekushin, M. S. Koroleva. Russ. J. Electrochem. 54, 714 (2018). Crossref
22. B. A. Boukamp, H. J. M. Bouwmeester. Sol. St. Ion. 157, 29 (2003). Crossref
23. E. Barsoukov, J. R. Macdonald. Impedance spectroscopy: theory, experiment and application. Wiley, Interscience (2005) 606 p. Crossref
24. N. A. Sekushin. Proceedings of the Komi Science Centre Ural Branch RAS. 37, 128 (2019). (in Russian) [Н. А. Секушин. Известия Коми НЦ УрО РАН. 37, 128 (2019).].
25. N. A. Sekushin, M. S. Koroleva. Russ. J. Electrochem. 54, 818 (2018). (in Russian) [Н. А. Секушин. Элекрохимия. 54, 714 (2018).]. Crossref
26. A. Lasia. Electrochemical impedance spectroscopy and its applications. New York: Springer Science+Business Media. (2014) 369 p. Crossref

Другие статьи на эту тему