Dielectric properties of composites in the CaO-CuO-TiO2 system

Since ultra-high dielectric constants (> 104) with weak temperature and frequency dependence were observed in non-ferroelectric materials such as CaCu3Ti4O12 and CuO, it is very meaningful to study the dielectric properties not only of CaCu3Ti4O12 and CuO, but also of other members in the CaO-CuO-TiO2 system in order to find other compositions with similar characteristics, to discover the underlying mechanisms and to search for new composites with even better dielectric properties. The dielectric properties of the composites in ternary systems CuO-CaCu3Ti4O12-CaTiO3 and CaCu3Ti4O12-CaTiO3-TiO2 have been tentatively investigated in the present study. The frequency and temperature dependences of permittivity and impedance in the range of 102-5 x 106 Hz and 25-130°C were investigated in the representative high permittivity (> 104) composite with molar fraction of Cu/Ti/Ca of 85/10/5 in the ternary CuO-CaCu3Ti4O12-CaTiO3 system. Strong hints suggest an important effect of grain boundary contributions on dielectric properties. Preliminary results demonstrated that a multiphase microstructure consisting of larger grains with predominant phase surrounded by smaller grains with secondary phases played an important role for enhancing the dielectric response due to possible barrier layer effects caused by the grain boundary of the composites.

---

Od kiedy zaobserwowano ultra wysokie stałe dielektryczne (> 104), przy słabej zależności od temperatury i częstotliwości, w nieferroelektrycznych materiałach takich jak CaCu3Ti4O12 i CuO, zasadnym stało się badanie właściwości dielektrycznych nie tylko CaCu3Ti4O12 i CuO, ale także innych członków układu CaO-CuO-TiO2 po to, aby znaleźć inne składy o podobnej charakterystyce, aby odkryć podstawowe mechanizmy, i aby poszukiwać nowe kompozyty o nawet lepszych właściwościach dielektrycznych. W prezentowanej pracy zbadano wstępnie właściwości dielektryczne kompozytów w układach potrójnych CuO-CaCu3Ti4O12-CaTiO3 i CaCu3Ti4O12-CaTiO3-TiO2. Częstotliwościowe i temperaturowe zależności przenikalności dielektrycznej i impedancji w zakresie 102-5 x 106 Hz and 25-130°C zbadano w przypadku reprezentatywnego kompozytu o wysokiej przenikalności (> 104) o udziale molowym Cu/Ti/Ca wynoszącym 85/10/5 w układzie trójskładnikowym CuO-CaCu3Ti4O12-CaTiO3. Mocne przesłanki sugerują ważny wpływ przyczynków związanych z granicami międzyziarnowymi na właściwości dielektryczne. Wstępne wyniki pokazały, że wielofazowa mikrostrukura składająca się z większych ziaren dominującej fazy otoczonych przez mniejsze ziarna fazy drugorzędnej odgrywała ważną rolę w przypadku podniesienia odpowiedzi dielektrycznej, w związku z możliwymi efektami warstwy barierowej wywołanymi przez granicę międzyziarnową kompozytów.