Thermal stable and ultralow dielectric loss in (Gd0.5Ta0.5) Ti1-O2 giant permittivity ceramics by defect engineering

材料科学 电介质 介电谱 介电损耗 拉曼光谱 陶瓷 电容 介电常数 X射线光电子能谱 光电子学 复合材料 电极 核磁共振 光学 化学 物理 物理化学 电化学
作者
Jiangtao Fan,Gang He,Zhenzhu Cao,Yongfan Cao,Zhen Long,Zhanggui Hu
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:9 (1): 157-165 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2022.08.005
摘要

High dielectric loss and poor temperature stability are the current barriers to the application of dielectric materials. In present work, we synthesized a system of acceptor Gd3+ and donor Ta5+ co-doped (Gd0.5Ta0.5)xTi1-xO2 (GTTOx, x = 0, 0.01, 0.02, 0.04, 0.06) ceramics to enhance dielectric response. It was found that a colossal permittivity (CP, 2.65 × 104@1 kHz, 2.37 × 104@1 MHz), a very low dielectric loss (tanδ, [email protected] kHz, [email protected] MHz), good stability of frequency (20–106 Hz) and temperature (RT–250 °C, Δε′ (T)/ε′30 < ± 15%, at 1 kHz) were achieved simultaneously in GTTO0.01 ceramic. Complex impedance spectroscopy, XPS, SEM, and Raman spectroscopy were used to investigate the reasons for the improved dielectric properties. The result indicated that the main reasons for CP and low dielectric loss are the synergistic effect of the electron pinning defect-dipole (EPDD) model, the internal blocking layer capacitance (IBLC) mechanism, and electrode response. This work provides a promising approach for the design of defect-related high-performance giant dielectric ceramics.

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