Il titanato di calcio e rame (CaCu₃Ti₄O₁₂, abbreviato in CCTO) è un composto con struttura cristallina cubica del tipo perovskite. Questo materiale si distingue per un'elevatissima permittività elettrica anomala (ε ≈ 10⁴-10⁵) e una perdita dielettrica molto bassa (tgδ ≈ 0,03), con caratteristiche che restano pressoché costanti in un ampio intervallo di temperature (100-400 K).
Metodi di preparazione La preparazione del CCTO viene effettuata principalmente mediante reazione allo stato solido. Le condizioni di sintesi possono variare significativamente: la temperatura oscilla tra 850 °C e 1000 °C, con tempi di permanenza che vanno da poche ore a diverse decine di ore. Il metodo della reazione allo stato solido ha il vantaggio di un'elevata probabilità di successo, ma tende a generare difetti interni, rendendo difficile lo studio dell'influenza della struttura interna sulle proprietà del materiale. Sono stati utilizzati anche metodi come la zona di fusione a solvente mobile e il sol-gel per preparare monocristalli di CCTO, sebbene la loro produzione sia generalmente complessa. I film sottili di CCTO, invece, vengono spesso realizzati tramite deposizione laser pulsata o sputtering magnetronico: la prima tecnica facilita il controllo della composizione, mentre la seconda è più adatta per la produzione su larga scala. Alta costante dielettrica La caratteristica più distintiva del CCTO è la sua altissima costante dielettrica (Dielectric Constant), che a 1 kHz è circa 10⁴,Infantiya, S. & Aslinjensipriya, A. & Reena R, Sylvia & Deepapriya, s & Rodney, John & Das, Jerome & Raj, C. Justin. (2022). Calcium copper titanate a perovskite oxide structure: effect of fabrication techniques and doping on electrical properties—a review. June 2022 Journal of Materials Science: Materials in Electronics 33(20):1-37 DOI:Calcium copper titanate a perovskite oxide structure: effect of fabrication techniques and doping on electrical properties—a review | Journal of Materials Science: Materials in Electronics ovvero centinaia di volte superiore a quella dei materiali dielettrici comuni come l'ossido di alluminio o il titanato di bario. Questa proprietà rende il CCTO particolarmente adatto per condensatori ad alta capacità e filtri ad alta frequenza. Tuttavia, l'origine della sua elevata costante dielettrica non è ancora completamente chiarita. Oltre alle proprietà dielettriche utili per dispositivi di accumulo di energia, il CCTO si distingue anche come materiale fotocatalitico con buone prestazioni sotto luce visibile.Kawrani S, Boulos M, Cornu D, Bechelany M. From Synthesis to Applications: Copper Calcium Titanate (CCTO) and its Magnetic and Photocatalytic Properties. ChemistryOpen. 2019 Jul 12;8(7):922-950. DOI: 10.1002/open.201900133 PMCID: PMC6625108 Bassa perdita dielettrica Il CCTO ha un basso fattore di perdita dielettrica, tipicamente <0,05 a temperatura ambiente per frequenze fino a 10 MHz. Ampio intervallo di temperature di lavoro Le proprietà chimiche ed elettriche del CCTO mostrano un’eccellente stabilità alle alte temperature, consentendo il suo funzionamento in ambienti superiori ai 200 °C. Rispetto ai materiali ceramici tradizionali, il CCTO presenta variazioni minime delle prestazioni in un ampio intervallo di temperature. Inoltre, la stabilità termica e il basso coefficiente di espansione termica del CCTO riducono il rischio di perdite o guasti dei dispositivi dovuti a stress termico. Applicazioni Il titanato di calcio e rame trova ampio utilizzo nel campo dell'elettronica, in particolare come materiale per batterie, sensore e catalizzatori. È inoltre oggetto di ricerca per la preparazione di materiali fotocatalitici e dispositivi optoelettronici. La sua struttura e le sue proprietà uniche ne fanno un materiale di grande interesse per queste applicazioni.
Note
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Categoria:Composti del calcio