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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 7/2020

27.02.2020

Colossal permittivity characteristics and mechanism of (Sr, Ta) co-doped TiO2 ceramics

verfasst von: Juan Liu, Jingrong Xu, Bing Cui, Qian Yu, Sujuan Zhong, Lei Zhang, Sanming Du, Dong Xu

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 7/2020

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Abstract

Colossal permittivity (CP) materials have great application prospects in electronic devices. However, obtaining a giant dielectric constant, low dielectric loss, and good temperature stability in one phase simultaneously is a challenge. In this work, the colossal permittivity characteristics along with the related mechanism of (Sr, Ta) co-doped TiO2 ceramics were investigated. According to the dielectric analysis, the dielectric properties are significantly improved when Sr and Ta co-doped, where the addition of Sr is responsible for the reduced tan δ, and the addition of Ta is responsible for the improved ε′. The enhanced dielectric constant (> 105) with relatively low dielectric loss is obtained in a large substitution range from x = 1 to 7%, and the good frequency and temperature stability are observed in these samples. In addition, the optimum dielectric properties are obtained at x = 0.05, where ε′ = 1.86 × 105, tan δ = 0.15. XPS analysis confirms the existence of reduced Ti3+ ions and oxygen vacancies, which may form the highly stable defect clusters. The defect clusters are responsible for the improved dielectric properties in (Sr, Ta) co-doped TiO2 ceramics. Meanwhile, the interfacial polarization is mentioned to explain CP phenomenon of TiO2-based ceramics. This research is conducive to the development and application of TiO2-based new CP materials.

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Metadaten
Titel
Colossal permittivity characteristics and mechanism of (Sr, Ta) co-doped TiO2 ceramics
verfasst von
Juan Liu
Jingrong Xu
Bing Cui
Qian Yu
Sujuan Zhong
Lei Zhang
Sanming Du
Dong Xu
Publikationsdatum
27.02.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 7/2020
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03080-9

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