Спектроскопическое исследование допированного кобальтом CaCu3Ti4O12

Н.А. Жук, Е.У. Ипатова, Б.А. Макеев ORCID logo , С.В. Некипелов, А.В. Королева ORCID logo , Л.А. Кокшарова, Р.И. Королев показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 06 июня 2021; Исправлена: 23 августа 2021; Принята: 05 сентября 2021
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Н.А. Жук, Е.У. Ипатова, Б.А. Макеев, С.В. Некипелов, А.В. Королева, Л.А. Кокшарова, Р.И. Королев. Спектроскопическое исследование допированного кобальтом CaCu3Ti4O12. Письма о материалах. 2021. Т.11. №4. С.386-391
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-4-386-391

Аннотация

Согласно XPS- и NEXAFS 2p-спектрам атомов допированного кобальтом CaCu3Ti4O12 и соответствующих оксидов установлено, что ионы меди и кальция имеют степень окисления +2, ионы титана +4, ионы кобальта преимущественно +2 и небольшое количество Co(III) в высокоспиновом состоянии.Титанат кальция-меди тщательно изучается учеными всего мира на протяжении нескольких десятилетий в связи с проявлением колоссальных значений диэлектрической проницаемости (ε ~104 –105) в широком частотном (102 –106 Гц) и температурном диапазонах (100 – 600 К). Благодаря уникальным диэлектрическим характеристикам титаната кальция - меди (CCTO) материалы на его основе перспективны для изготовления многослойных конденсаторов и устройств СВЧ. Ограничения на практическое использование обусловлены высокими диэлектрическими потерями CCTO. Электрофизические характеристики оптимизируются за счет изменения состава титаната кальция - меди, частичной замены катионов меди, титана и кальция. Хорошие диэлектрические свойства демонстрирует керамика CCTO, легированная атомами кобальта. В данной работе мы представляем результаты исследований электронного состояния атомов в ССТО, легированного кобальтом, методами XPS, NEXAFS, а также ИК - Фурье спектроскопии. Со-легированный CaCu3Ti4O12 получен методом твердофазного синтеза. Образцы характеризуются зеренной микроструктурой; в межзеренном пространстве различим тонкий слой CuO. Из интерпретации XPS- и NEXAFS 2p-спектров CaCu3Ti4O12, легированного кобальтом, и соответствующих оксидов, пришли к выводу, что ионы меди и кальция имеют зарядовое состояние +2, ионы титана +(4 − δ), а ионы кобальта, в основном, +2 с некоторой долей Co (III) в высокоспиновом состоянии. В ИК спектре образца, легированного кобальтом, фиксируются полосы поглощения в области отпечатков пальцев при 408, 488, 539 см−1, характерные для титаната кальция- меди.

Ссылки (38)

1. A. Deschanvres, B. Raveau, F. Tollemer. Bull. Soc. Chim. Fr. 15, 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. Commun. 135, 260 (2005). Crossref
4. S. Krohns, P. Lunkenheimer, S. G. Ebbinghaus, A. Loidl. J. Appl. Phys. 103, 084107 (2008). Crossref
5. J. J. Mohamed, S. D. Hutagalung, M. F. Ain, K. Deraman, Z. A. Ahmad. Mater. Lett. 61, 1835 (2007). Crossref
6. L. Ni, X. M. Chen. Appl. Phys. Lett. 91, 122905 (2007). Crossref
7. L. Ni, X. M. Chen. J. Am. Ceram. Soc. 93, 184 (2010). Crossref
8. C. Wang, H. J. Zhang, P. M. He, G. H. Cao. Appl. Phys. Lett. 91, 052910 (2007). Crossref
9. G. Deng, N. Xanthopoulos, P. Muralt. Appl. Phys. Lett. 92, 172909 (2008). Crossref
10. N. A. Zhuk, S. V. Nekipelov, V. N. Sivkov, B. A. Makeev, R. I. Korolev, V. A. Belyy, M. G. Krzhizhanovskaya, M. M. Ignatova. Mater. Chem. Phys. 252, 123310 (2020). Crossref
11. N. A. Zhuk, S. V. Nekipelov, V. N. Sivkov, N. A. Sekushin, V. P. Lutoev, B. A. Makeev et al. Ceram. Intern. 46, 21410 (2020). Crossref
12. M. Ahmadipour, M. F. Ain, Z. A. Ahmad. Nano-Micro Letters. 8, 291 (2016). Crossref
13. F. Amaral, E. Clemente, M. A. Valente, L. C. Costa, F. M. Costa. Ceram. Intern. 40, 16503 (2014). Crossref
14. M. Li, Q. Liu, C. X. Li. J. Alloy Comp. 699, 278 (2017). Crossref
15. D. Xu, X. Yue, Y. Zhang, J. Song, X. Chen, S. Zhong, J. Ma, L. Ba, L. Zhang, S. Du. J. Alloys Comp. 773, 853 (2019). Crossref
16. X. Yue, W. Long, J. Liu, S. Pandey, S. Zhong, L. Zhang, et. al. J. Alloys Comp. 816, 152582 (2020). Crossref
17. J. Wang, Z. Lu, T. Deng, C. Zhong, Z. Chen. J. Eur. Ceram. Soc. 38, 3505 (2018). Crossref
18. K. D. Mandal, A. K. Rai, L. Singh, O. Parkash. Bull. Mater. Sci. 35, 433 (2012). Crossref
19. S.-Y. Chung, S.-Y. Choi, T. Yamamoto, Y. Ikuhara, S.-J. L. Kang. Appl. Phys. Lett. 88, 091917 (2006). Crossref
20. C. Mu, Y. Song, H. Wang, X. Wang. J. Appl. Phys. 117, 17B723 (2015). Crossref
21. L. Fang, M. Shen, F. Zheng, Z. Li, J. Yang. J. Appl. Phys. 104, 064110 (2008). Crossref
22. S. Jesurani, S. Kanagesan, K. Ashok. J. Sol-Gel Sci. Techn. 64, 335 (2012). Crossref
23. L. G. Akselrud, Yu. N. Grin, P. Yu. Zavalii, V. K. Pecharski, V. S. Fundamentski. Twelfth European Crystallogr. Meeting, Collected Abstracts. Moscow (1989) p. 155.
24. J. Stohr. NEXAFS Spectroscopy. Springer. Berlin (1992). Crossref
25. R. D. Shannon. Acta Crystallogr. А. 32, 751 (1976). Crossref
26. N. A. Zhuk, S. M. Shugurov, V. A. Belyy, B. A. Makeev, M. V. Yermolina, D. S. Beznosikov, L. A. Koksharova. Ceram. Intern. 44, 20841 (2018). Crossref
27. T. J. Regan, H. Ohldag, C. Stamm, F. Nolting, J. Luning, J. Stöhr, R. L. White. Phys. Rev. B. 64, 214422 (2001). Crossref
28. S. Y. Istomin, O. A. Tyablikov, S. M. Kazakov, E. V. Antipov, A. I. Kurbakov, A. A. Tsirlin, N. Hollmann, Y. Y. Chin, H.-J. Lin, C. T. Chen, A. Tanaka, L. H. Tjeng, Z. Hu. Dalt Trans. 44, 10708 (2015). Crossref
29. M. Merz, D. Fuchs, A. Assmann, S. Uebe, H. V. Lohneysen, P. Nagel, S. Schuppler. Phys. Rev. B. 84, 014436 (2011). Crossref
30. S. O. Kucheyev, T. van Buuren, T. F. Baumann, J. H. Satcher, Jr. T. M. Willey, R. W. Meulenberg, T. E. Felter, J. F. Poco, S. A. Gammon, L. J. Terminello. Phys. Rev. B. 69, 245102 (2004). Crossref
31. M. Hassel, H.-J. Freund. Surface Science Spectra. 4, 273 (1996). Crossref
32. J. F. Moulder. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy: A Reference Book of Standard Spectra for Identification and Interpretation of XPS Data. Physical Electronics Division, Perkin-Elmer Corporation (1992) 261 p.
33. S. Jesurani, S. Kanagesan, R. Velmurugan, T. Kalaivani. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 23, 668 (2011).
34. N. Hadi, A. Farid, T.-E. Lamcharfi, A. Belaaraj, S. Kassou, F. Ahjyaje. J. Chem. 8, 245 (2019).
35. L. C. Kretly, A. F. L. Almeida, P. B. A. Fechine, R. S. de Oliveira, A. S. B. Sombra. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 15, 657 (2004). Crossref
36. C. Masingboon, S. Maensiri, T. Yamwong, P. L. Anderson, S. Seraphin. Appl. Phys. A. 91, 87 (2007). Crossref
37. A. F. L. Almeida, P. B. A. Fechine, M. P. F. Graça, M. A. Valente, A. S. B. Sombra. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 20, 163 (2008).
38. M. Premila, A. Bharathi, N. Gayathri, P. Yasodha, Y. Hariharan, C. S. Sundar. J. Phys. 67, 153 (2006).

Другие статьи на эту тему