موضوع مقاله: کلسیم مس تیتانات | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # کلسیم مس تیتانات | مقدمه: کلسیم مس تیتانات با فرمول شیمیایی CaCu3Ti4O12 (به اختصار CCTO) یک ترکیب شیمیایی با دی الکتریک بالا ( تقریباً ۱۰۰۰۰۰ برای تک کریستال و ۱۰۰۰۰ برای مواد فله در دمای اتاق)است،که جرم مولی آن ۶۱۴٫۱۷۸۹g/mol می‌باشد. | ## بخش 1: کلسیم مس تیتانات | کلسیم مس تیتانات برای تعدادی از وسایل معتبر و مشهور مانند تشدیدکننده، خازن و حسگر استفاده می‌شود. بیشتر ترکیباتی که این ساختار بلوری را تشکیل می‌دهند، در شرایط فشار بالا ساخته می‌شوند. CCTOخالص به راحتی با استفاده از روش‌های استاندارد ازطریق مخلوط پیش‌سازهای کربنات و اکسید فلزات(کلسیم، تیتانیوم، مس) در دمای بین ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، سنتز می‌شود. دمای مواد فشرده شده از°۸۵۰ سانتی‌گراد به‌تدریج در مدت سه ساعت به °۱۲۵۰ سانتی‌گراد می‌رسد و مواد به‌مدت دو ساعت درهمین دما نگه‌داشته می‌شوند تا پخته‌شوند. افزایش دما تا °۵۰۰ سانتی‌گراد و نگه‌داشتن این دما به‌مدت دو ساعت .(نگه‌داشتن دما برای تبخیرشدن آب و الکل است.) افزایش دما تا °۸۵۰ سانتی‌گراد به‌صورت تدریجی در دو ساعت و نگه‌داشتن این دما به‌مدت یک ساعت. در نهایت، افزایش دما تا °۱۱۰۰ سانتی‌گراد به‌صورت تدریجی در دو ساعت (شروع واکنش در حالت جامد)و نگه‌داشتن این دما به‌مدت دو ساعت. سنتز باروش شیمی‌مرطوب تیتانیوم IV ایزوپروپوکسید را توسط همزن مغناطیسی با استیل استون مخلوط کرده سپس اسیدسیتریک محلول در آب دی‌یونیزه به آن افزوده می‌شود و به مدت نیم‌ساعت هم‌زده می‌شود .محلول نیترات فلز در 20 میلی‌لیتر آب دی‌یونیزه تحت هم‌زدن مداوم اضافه می‌شود سپس چند قطره آمونیوم هیدروکسید (NH4OH) به آن افزوده می‌شود این مواد توسط همزن مغناطیسی در دمای°80 سانتی‌گراد مخلوط و خشک می‌شوند و بعداز آن به مدت 15 دقیقه در دمای°450 سانتی‌گراد تسویه می‌شود. در مرحله آخر به مدت 2 ساعت در دمای °800 سانتی‌گراد پخته می‌شود و خصوصیات دی‌الکتریکCCTO اندازه‌گیری می‌شود. کاربردها از CCTO به‌خاطر شکاف باند بالا، پایداری در دمای بالا، ماهیت نیمه‌هادی نوع n، گذردهی بالا و ساختار پروسکایت مکعبی در الکترونیک، میکروالکترونیک، ذخیره انرژی و خازن نوع‌دو (ابرخازن) استفاده‌می‌شود. | ## بخش 2: کلسیم مس تیتانات | ابرخازن درگذشتۀ اخیر، تلاش‌ها‌ی زیادی منجربه ایجاد دستگاه‌هایی با ذخیره انرژی زیاد شده‌است؛ خازن‌هایی که به‌عنوان 'ابرخازن' طبقه‌بندی شده‌اند. مفهوم ابرخازن برای سال‌ها وجود داشته‌است اما در سال‌های اخیر به دلیل پیشرفت در طراحی‌های جدید، مواد دی‌الکتریک مختلف مانند خازن‌های الکترولیتی و از همه مهم تر کشف سرامیک جدید(CDC) با ثابت دی‌الکتریک نسبی زیاد( بیش از ۵۰۰۰۰ در دمای اتاق) تجدید حیات را تجربه کرده‌است. ابرخازن با توجه به مزایای زیاد در تراکم انرژی از خازن‌های دیگر متفاوت است چون در ابرخازن انرژی ذخیره‌ای با استفاده از باراستاتیکی ذخیره می‌شود و نه با فرایند الکتروشیمیایی. از آن زمان CCTO در سراسر جهان برای استفاده در دستگاه‌های خازنی کوچک و سیستم‌های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ تا میکروالکترونیک پیشرفته، مورد توجه قرار گرفته‌است. استوانه‌ها با استفاده از آسیاب گلوله‌ای با سرعت بالا به ذرات ریز، با اندازه‌های متغیر بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ نانومتر آسیاب میشوند. این مخلوط پس‌از تایید CCTOبودن توسط آزمایش‌های اشعه ایکس متفاوت به گلوله‌های سرامیکی تبدیل می‌شود. برای تعیین شرایط مطلوب برای تولید مجدد سرامیک با کیفیت بالا، پارامترهایی مانند حداکثر فشار وارد شده، دمای قالب، زمان نگهداری فشار و... کاربردهای فوتوکاتالیستی توسعه صنعتی و رشد سریع جمعیت، دانش را مجبور کرد تا با استفاده از انرژی تجدیدپذیر مانند نورمرئی، "راه‌حل‌های‌سبز" برای حل مشکل آلودگی پیدا کند. به دلیل ساختار برجستۀ CCTO که در آن هر دو اتم Ca+2و Cu+2 با شعاع یونی متفاوت در یک جای یکسان قرار دارند، CCTO می تواند در کاربردهای فوتوکاتالیستی و به ویژه در نور مرئی نیز استفاده شود. | ## بخش 3: کلسیم مس تیتانات | پروسکایت CCTO واکنش فوتوکاتالیستی خوبی در برابر آلاینده‌های آب و ضایعات دارویی نشان می‌دهد. CCTO با استفاده از روش اگزالات (oxalate route) برای تجزیه زباله‌های دارویی اریتروسین (رنگ) ، سیپروفلوکساسین (آنتی بیوتیک) و استریول (استروئید) و با روش جامد برای تجزیه آلاینده‌های آب، مانند 4‐کلروفنول تهیه شد. علاوه‌بر این موارد CCTO یک ترکیب ضدفرومغناطیسی است که از آن کامپوزیت‌هایی با خاصیت مغناطیسی درست می‌کنند که در آنتن‌ها ، GPS و سایر برنامه‌ها استفاده می‌شود. خلاصه تحقیقات اخیر بر روی مواد با دی‌الکتریک زیاد به ویژه سرامیک‌ها، برای ذخیرۀانرژی و کاربردهای محیطی متمرکز است. سرامیک‌های با خاصیت دی‌الکتریک ویژه، به دلیل ذخیره و تخلیه سریع شارژ در مقایسه با باتری، بسیار مورد تقاضا هستند.CCTO یک سرامیک است که در سال 2000 پیدا شده‌است که در طیف‌وسیعی از فرکانس‌ها و دما پایدار است. به دلیل ساختار خاص آن ، چندین مطالعه بر روی عملکرد فوتوکاتالیستی CCTO و به ویژه در محدوده نور مرئی برای مسائل محیطی متمرکز شده اندCCTO. خالص عملکرد فوتوکاتالیستی مهمی را در حضور آلاینده های دارویی و آب در نور مرئی نشان داد. علیرغم خصوصیات عظیم دی‌الکتریک و طبق اطلاعات ما، از CCTO در کاربردهای صنعتی استفاده نمی شود. | ## جمع‌بندی | به منظور ورود دستگاه‌های مبتنی بر CCTO به بازار، باید تحقیقات بیشتری انجام شود تا خصوصیات آن‌ها برای طیف وسیعی از برنامه‌ها مانند خازن، واریستور، دستگاه‌های GPS و آنتن‌ها و همچنین، مواد فوتوالکتروکاتالیستی تنظیم شود که می تواند آلایندههای دارویی و رنگی را تخریب کند.