Твердофазным методом синтеза получена серия хромсодержащих твердых растворов CaCu3Ti4 – 4хСr4хO12 – ? (пр. гр. Im3). Параметр элементарной ячейки твердых растворов изменяется незначительно – от 7,3897 (х = 0,02) до 7,3866 ? (х = 0,06). Во всех образцах в межзеренном пространстве определяется оксид меди. Образцы характеризуются малопористой зеренной микроструктурой. С ростом содержания хрома в образцах от x = 0,01 до 0,06 максимальный продольный размер кристаллита по данным электронной сканирующей микроскопии уменьшается от 16 до 10 мкм. Проведены спектральные исследования зарядового состояния катионов допированного хромом титана кальция-меди CaCu3Ti4O12 (ССТО) методами рентгеновской спектроскопии (XPS и NEXAFS). По данным NEXAFS-и XPS-спектроскопии в твердых растворах ССТО катионы титаната имеют зарядовое состояние +(4 – ?), атомы меди и кальция – +2, а допированные катионы хрома – +3.
Сергей Вячеславович Некипелов – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией экспериментальной физики, Институт физики и математики Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия
Борис Александрович Макеев – кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, лаборатория структурной и морфологической кристаллографии, Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия
Анна Викторовна Федорова – кандидат химических наук, доцент, кафедра неорганической химии, Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Надежда Алексеевна Жук – кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник, лаборатория керамического материаловедения, Сыктывкарский государственный университет, Сыктывкар, Россия
1. Ramirez A. P., Subramanian M. A., Gardel M., et al. Giant dielectric constant response in a copper-titanate // Solid State Communications. 2000. V. 115. P. 217 – 220.
2. Subramanian M. A., Li D., Duan N., et al. High dielectric constant in ACu3Ti4O12 and ACu3Ti3FeO12 phases // J. Sol. State. Chem. 2000. V. 151. P. 323 – 325.
3. Homes C. C., Vogt T., Shapiro S. M., et al. Optical response of high-dielectric-constant perovskite-related oxide // Science. 2001. V. 293. P. 673 – 679.
4. Ke S., Huang H., Fan H. Relaxor behavior in СаСu3Ti4O12 ceramics // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. P. 182904.
5. Fang T.-T., Mei L.-T. Evidence of cu deficiency: a key point for the understanding of the mystery of the giant dielectric constant in СаСu3Ti4O12 // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. P. 638 – 640.
6. Sinclair D. C., Adams T. B., Morrison F. D., et al. СаСu3Ti4O12. One-step internal barrier layer capacitor // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80. P. 2153 – 2155.
7. Ouyang X., Huang S., Zhang W., et al. Investigation of phase evolution of СаСu3Ti4O12 (CCTO) by in situ synchrotron high-temperature powder diffraction // J. Sol. State. Chem. 2014. V. 211. P. 58 – 62.
8. Li M., Chen X. L., Zhang D. F., et al. The effect of grain boundary resistance on the dielectric response of СаСu3Ti4O12 // Ceramics International. 2015. V. 41. P. 14854 – 14859.
9. Rai A. K., Singh N. K., Lee S.-K., et al. Dielectric properties of iron doped calcium copper titanate СаСu2,9Fe0,1Ti4O12 // J. of Alloys and Compounds. 2011. V. 509. P. 8901 – 8906.
10. Yang Z., Zhang Y., You G., et al. Dielectric and electrical transport properties of the Fe3+-doped СаСu3Ti4O12 // J. Mater. Sci. Technol. 2012. V. 28. P. 1145 – 1150.
11. Rhouma S., Sa?d S., Autret C., et al. Comparative studies of pure, Sr-doped, Ni-doped and Сo-doped CaCu3Ti4O12 ceramics: Enhancement of dielectric properties // Journal of Alloys and Compounds. 2017. V. 717. P. 121 – 126.
12. Thoma A. K., Abraham K., Thomas J., et al. Electrical and dielectric behaviour of Na0.5La0.25Sm0.25Cu3Ti4O12 ceramics investigated by impedance and modulus spectroscopy // J. of Asian Ceramic Societies. 2017. V. 5. P. 56 – 61.
13. Jumpatam J., Thongbai P., Yamwong T., et al. Effects of Bi3+ doping on microstructure and dielectric properties of CaCu3Ti4O12/CaTiO3 composite ceramics // Ceramics International. 2015. V. 41. P. 498 – 503.
14. Wang J., Lu Z., Deng T., et al. Improved dielectric properties in A?-site nickel-doped CaCu3Ti4O12 ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2017. V. 100. P. 4021 – 4032.
15. Sun L., Zhang R., Wang Z., et al. Microstructure, dielectric properties and impedance spectroscopy of Ni doped СаСu3Ti4O12 ceramics // RSC Advances. 2015. V. 6. P. 55984 – 55989.
16. Zhuk N. A., Sekushin N. A., Krzhizhanovskaya M. G., et al. Electrical properties of Ni-doped CaCu3Ti4O12 ceramics // Solid State Ionics. 2021. V. 364. Р. 115633.
17. Ouyang X., Habib M., Cao P., et al. Enhanced extrinsic dielectric response of TiO2 modified CaCu3Ti4O12 ceramics // Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 13447 – 13454.
18. Zheng Q., Fan H., Long C. Microstructures and electrical responses of pure andchromium-doped CaCu3Ti4O12 cera-mics // J. Alloy. Compd. 2012. V. 511. P. 90 – 94.
19. Prompa K., Swatsitang E., Putjuso T. Enhancement of nonlinear electrical properties with high performancedielectric properties of CaCu2.95Cr0.05Ti4.1O12 ceramics // Ceram. Intern. 2018. V. 44. S72 – S75.
20. Rai A. K., Singh N. K., Lee S.-K., et al. Dielectric properties of iron doped calcium copper titanate СаСu2,9Fe0,1Ti4O12 // J. Alloys Comp. 2011. V. 509. P. 8901 – 8906.
21. Pires M. A., Israel C., Iwamoto W., et al. Role of oxygen vacancies in the magnetic and dielectric properties of the high-dielectric-constant system CaCu3Ti4O12: An electron-spin resonance study // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. Р. 224404.
22. Zhuk N. A., Shugurov S. M., Belyy V. A., et al. Thermal stability of CaCu3Ti4O12: Simultaneous thermal analysis and high-temperature mass spectrometric study // Ceram. Intern. 2018. V. 44. Р. 20841 – 20844.
23. Akselrud L. G., Grin Yu. N., Zavalij P. Yu., et al. CSD-universal program package for single crystal or powder structure data treatment // Thes. Rep. XII Eur. Crystallogr. Meet. 1989. 155 р.
24. Sekushin N. A., Zhuk N. A., Koksharova L. A., et al. Impedance spectroscopy study of the electrical properties of composites of CaCu3Ti4O12-CuO // Letters on Materials. 2019. V. 9. P. 5 – 10.
25. Krohns S., Lu J., Lunkenheimer P., et al. Correlations of structural, magnetic, and dielectric properties of undoped and doped CaCu3Ti4O12 // Eur. Phys. J. B. 2009. V. 72. P. 173 – 182.
26. Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Crystallographica. 1976. V. A32. P. 751 – 767.
27. Boonlakhorn J., Changchuea A., Srepusharawoot P. Optimizing giant dielectric performance in CCTO ceramics through Cr and Zn co-doping // Ceram. Intern. 2025. V. 51. P. 4472 – 4486.
28. Zhuk N. A., Nekipelov S. V., Sivkov V. N., et al. Magnetic and electric properties, ESR, XPS and NEXAFS spectroscopy of CaCu3Ti4O12 ceramics // Ceramics International. 2020. V. 46. P. 21410 – 21420.
29. Zhuk N. A., Lutoev V. P., Makeev B. A., et al. Electronic structure of Mn-doped CaCu3Ti4O12: An XPS, ESR and NEXAFS study // Ceramics International. 2021. V. 47. P. 9923 – 9932.
30. Kucheyev S. O., T. van Buuren, Baumann T. F., et al. Electronic structure of titania aerogels from soft x-ray absorption spectroscopy // Phys. Rev. B. 2004. V. 9. P. 245102.
31. Radtke G., Lazar S., Botton G. A. High-resolution EELS investigation of the electronic structure of ilmenites // Phys. Rev. B. 2006. V. 74. P. 155117.
32. Obst B., Benten W., A. von dem Borne, et al. High resolution spectroscopy of 2p ? 2p3d resonantly excited atomic Ca // J. Electron Spectr. Rel. Phen. 1999. V. 101 – 103. P. 39 – 42.
33. NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy Database.
34. Zhu Y., Zheng J. C., Wu L., et al. Nanoscale disorder in CaCu3Ti4O12: A new route to the enhanced dielectric response // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. P. 037602.
35. Bullen H. A., Garrett S. J. CrO2 by XPS: Comparison of CrO2 powder to CrO2 films on TiO2(110) single crystal surfaces // Surface Science Spectra. 2001. V. 8. P. 225.
36. Jeong S.-Y., Lee J.-B., Na H., et al. Epitaxial growth of Cr2O3 thin film on Al2O3 (0001) substrate by radio frequency magnetron sputtering combined with rapid-thermal annealing // Thin Solid Films. 2010. V. 518. P. 4813 – 4816.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
700 руб.
DOI: 10.14489/glc.2025.10.pp.031-038
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
