Enhanced temperature stability of colossal‐permittivity Ce‐doped SrTiO3 ceramics designed by defect engineering

材料科学 介电常数 兴奋剂 陶瓷 复合材料 凝聚态物理 矿物学 光电子学 电介质 化学 物理
作者
Mingliang Zhu,Kang Liu,Yingzhi Meng,Xuerui Qiang,Xiyue Xia,Xue‐Li Cao,Xiuyun Lei,Dawei Wang,Laijun Liu
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1111/jace.20365
摘要

Abstract Cerium‐doped SrTiO 3 ceramics (Sr 1‐3 x /2 Ce x TiO 3 , x = 0, 0.005, 0.0075, 0.01, 0.0125, and 0.015) were prepared by a burying sintering process. The sample with x = 0.0075 exhibits a colossal permittivity (∼ 21,000) and ultra‐low dielectric loss (∼ 0.0073) at room temperature (at 1 kHz). Furthermore, the x = 0.0075 sample maintains high permittivity ( ε ′ ≥ 15,000) and low dielectric loss (tan δ ≤ 0.018) in a wide temperature range (−60°C to 250°C). X‐ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance indicate the coexistence of Ce 3+ and Ti 3+ . According to equation , synergetic effects from defect dipoles and interfacial polarization are responsible for the observed high‐performance giant permittivity behaviors with pronounced temperature stability and ultralow tanδ. The dielectric behaviors under different DC biases evidence the minor contribution from the interfacial polarization and reflect the dominant contribution from defect dipoles. The dielectric properties of dielectric ceramics are mainly influenced by oxygen vacancy clusters and defect dipoles ((Ti 3+ − − Ti 3+ ) and ( − )). The excellent thermal stability of permittivity is also attributed to the pinning effect of defect dipoles from the charged defects which prohibit the long‐range movement of free carries. The obtained colossal permittivity and low dielectric loss SrTiO 3 ‐based ceramics with high‐frequency/temperature stabilities are suitable for the application of single‐layer ceramic capacitors.
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