بخشی از مقاله
چکیده
ماده کلسیم مس تیتانات - CaCu3Ti4O12 - یا CCTO، به دلیل دارا بودن ثابت دیالکتریک بسیار باالمورد توجه محققان قرار گرفته است. نانوذرات CCTO در سه دمای تکلیس مختلف به روش سل-ژل ساخته شده و سپس سه نمونه قرص با ضخامتهای مختلف به منظور اندازهگیری ثابت دیالکتریک تهیه گردیدند. نتایج پراش اشعه - XRD - X نشان داد که با افزایش دمای تکلیس، اندازه بلورکها رشد کرده و کرنش شبکه کاهش می یابد و درنتیجه ماده بلورین میگردد. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - FESEM - نشان دادند اندازه ذرات با افزایش دمای تکلیس، افزایش مییابد. نمودارهای طیفسنجی پراکندگی انرژی پرتو - EDX - X ، وجود اتمهای مورد نظر را تایید میکنند. بیشترین مقدار ثابت دیالکتریک برای ضخیمترین قرص بدست آمد که ناشی از چگالی باالی آن نسبت به سایر قرصها می باشد. مقدار ثابت دیالکتریک با افزایش فرکانس، برای تمام قرصها کاهش مییابد. همچنین پرتودهی گاما اثری بر ثابت دی-الکتریک نداشت.
مقدمه
با توجه به پیشرفت صنایع الکترونیکی نیاز به کوچکتر شدن قطعات بیش از پیش احساس میشود. خازن یکی از پرکاربردترین این قطعات می باشد که در آن از یک ماده دیالکتریک استفاده میشود. اگر ثابت دیالکتریک این ماده بسیار باال باشد، میتوان خازنی با ابعاد کوچکتر ساخت که دارای ظرفیت قابل قبولی باشد. ثابت دیالکتریک باالی ماده کلسیم مس تیتانات - حدود - 104 در سال 2000 توسط سوبرمنیان و همکارانش کشف شد. [1] علت باال بودن ثابت دیالکتریک، تشکیل نوعی خازنهای کوچک - IBLC - بین دانههای نیمرسانا و مرزدانههای عایق، درون ماده است. CCTO [3] دارای ساختار شبکه bcc و ثابت شبکه برابر با 7.391 آنگستروم و گروه فضایی Im3 می باشد. [2] رایجترین روش برای ساخت CCTO روش برهمکنش حالت جامد - مخلوط اکسیدی - می باشد. اما به دلیل غیرهمگن بودن، باعث بوجود آمدن دانههای درشت در ماده میگردد. در مقابل این روش، در روش سل-ژل ماده از همگنی و خلوص بسیار باالیی برخوردار است. همچنین اندازه ذرات بسیار کوچکتر است. [2] و [4]
روش انجام آزمایش
در این تحقیق CCTO به روش سل-ژل ساخته شد. تمام مواد اولیه دارای خلوص باال - > 98% - بوده و به منظور استفاده در واکنش شیمیایی تهیه گردیدند. Ca - NO3 - 2.4H2O - نیترات کلسیم - ، Cu - NO3 - 2.3H2O - نیترات مس - و C12H28O4Ti - تیتانیوم تترا ایزوپروپوکساید - به عنوان مواد اولیه و C6H8O7 - سیتریک اسید - به عنوان عامل کمپلکسساز انتخاب شدند. ابتدا مقدار مناسبی از نیترات کلسیم و نیترات مس هر کدام جداگانه در آب یونزدایی شده، توسط همزن مغناطیسی حل شده و با یکدیگر مخلوط شدند تا محلول شماره 1 را بسازند. سپس سیتریک اسید در آب یونزدایی شده حل شده و تیتانیوم تترا ایزوپروپوکساید به آن اضافه گردید. مخلوط حاصل پس از 45 دقیقه همزدن با همزن مغناطیسی به یک محلول کلوییدی تبدیل و محلول شماره 2 ساخته شد. محلول شماره 1 و 2 با یکدیگر مخلوط شده و محلول حاصل برای مدت 5 ساعت در بازه دمایی 80 تا 90 درجه سانتیگراد قرار گرفت تا درنهایت یک ژل شفاف آبی رنگ و چسبناک بدست آید. ژل حاصل در سه دمای 620، 730 و 840 درجه سانتیگراد برای 2 ساعت در هوا خشک و تکلیس شد تا سه نوع پودر CCTO بدست آید.
این سه نمونه به ترتیب، نمونه های - الف - ، - ب - و - ج - نامگذاری شدند. برای تهیه نانوپودر، پودرها به خوبی آسیاب شدند. به منظور تعیین نوع ماده، بلورینگی، ثابت شبکه، نوع ساختار بلورین و اندازه بلورکها، آنالیز XRD با تابش CuK باطول موج 1.5406 آنگستروم در بازه 10 < 2 <80 و برای تعیین اندازه ذرات، ریختشناسی و عناصر موجود در ماده، آنالیز EMFES و EDS بر روی پودرها انجام شد. به منظور تهیه قرص، پودر داخل قالب قرصزنی ریخته شده و در فشار 50 بار قرار گرفت. سه نوع قرص با ضخامتهای مختلف از پودری که در دمای 840 درجه تکلیس شده بود، تهیه شد. قرصها داخل کوره قرار گرفته و در دمای 1150 درجه تفجوشی شدند. ضخامت قرصها پس از تفجوشی 0.75، 1.57 و 3.14 میلیمتر اندازهگیری شد. برای اندازهگیری ثابت دیالکتریک، سطح قرصها با چسب نقره پوشانده شده و اندازهگیری توسط دستگاه CRL متر، در بازه فرکانسی 100 تا 2000 هرتز انجام شد. نمونه با ضخامت 1.57 میلیمتر به منظور بررسی اثر تابشدهی گاما بر روی ثابت دی الکتریک به سازمان انرژی اتمی ارسال شده و به میزان 20 KGy دز تابشی ناشی از چشمه 60Co دریافت کرده است.
