Abstrakt

Die Eigenschaften von High-k-Hollandit-ähnlichen Keramiken mit Kupferdotierung

 Nikolai Gorschkow

Holland-ähnliche komplexe Oxide Ax(Ti,M)8O16 (A ist ein nicht-gerüstgebundenes Kation und M ist ein Übergangsmetall, das Ti4+ im Gerüst ersetzt) ??zeichnen sich durch eine hohe Polarisierbarkeit aufgrund der Mobilität der in die 1-D-Kanäle eingebauten Alkaliionen und der variablen Wertigkeit der Übergangsmetalle aus. Diese Strukturmerkmale ermöglichen es, hollanditähnliche feste Lösungen als Alternative zu den nicht-ferroelektrischen perowskitähnlichen keramischen Materialien (CaCu3Ti4O12 und Ba(Fe0,5Nb0,5)O3) in Betracht zu ziehen, die hohe (ε~104) Werte der Dielektrizitätskonstante in einem weiten Temperatur- und Frequenzbereich aufweisen. Die herkömmlichen Methoden zur Herstellung der hollanditähnlichen festen Lösungen sind jedoch kompliziert. In diesem Bericht präsentieren wir eine zweistufige Technologie zur Synthese von Hollanditen im K2O-CuO-TiO2-System. Diese Methode basiert auf der Verwendung von amorphem Kaliumpolytitanat, das in wässrigen Lösungen von Kupfersalzen modifiziert wurde, als Vorläufermaterial. Das Vorhandensein einer gut entwickelten inneren Oberfläche der geschichteten PPT-Flocken ermöglicht die Einführung der Übergangsmetallionen direkt in die Struktur des Vorläufermaterials. Die optimalen experimentellen Bedingungen der chemischen Behandlung (pH-Wert, Konzentration der wässrigen Lösung, PPT-Dosen) sowie die anschließende Wärmebehandlung (Wärmeregime), die die Herstellung kupferhaltiger hollanditähnlicher Kaliumtitanate ermöglichen, wurden ermittelt. In diesem Zusammenhang wurde ein Verfahren zur Herstellung von bei 1000-1100 °C gesinterter Keramik auf Basis hollanditähnlicher pulverförmiger fester Lösungen vorgeschlagen und die elektrischen Eigenschaften der erhaltenen Keramikproben wurden im Frequenzbereich von 1 MHz bis 0,1 Hz untersucht. Die Dielektrizitätskonstante und der Tangens der dielektrischen Verluste für die bei 1075 °C kalzinierten Keramikproben betrugen 104–105 bzw. 0,2–0,9. Das synthetisierte Material kann zur Herstellung von keramischen Dielektrika als mit High-k-Keramik gefüllte Funktionsverbundstoffe mit Polymermatrix verwendet werden. Diese Forschung wurde von der Russischen Wissenschaftsstiftung finanziell unterstützt (Projekt № 19-73-10133).