The exploration of colossal dielectric permittivity (CP) materials with low dielectric loss in a wide range of frequencies/temperatures continues to attract considerable interest. In this paper, we report CP in (Al + Nb) co-doped rutile SnO2 ceramics with a low dielectric loss at room temperature. Al0.02Nb0.05Sn0.93O2 and Al0.03Nb0.05Sn0.92O2 ceramics exhibit high relative dielectric permittivities (above 103) and low dielectric losses (0.015 < tan δ < 0.1) in a wide range of frequencies and at temperatures from 140 to 400 K. Al doping can effectively modulate the dielectric behavior by increasing the grain and grain boundary resistances. The large differences in the resistance and conductive activation energy of the grains and grain boundaries suggest that the CP in co-doped SnO2 ceramics can be attributed to the internal barrier layer capacitor effect.
References
1.
S.
Krohns
, P.
Lunkenheimer
, S.
Meissner
, A.
Reller
, B.
Gleich
, A.
Rathgeber
, T.
Gaugler
, H. U.
Buhl
, D. C.
Sinclair
, and A.
Loidl
, Nat. Mater.
10
, 899
(2011
).2.
C. C.
Homes
, T.
Vogt
, S. M.
Shapiro
, S.
Wakimoto
, and A. P.
Ramirez
, Science
293
, 673
(2001
).3.
C. C.
Homes
and T.
Vogt
, Nat Mater.
12
, 782
(2013
).4.
Z. H.
Gai
, Z. X.
Cheng
, X. L.
Wang
, L. L.
Zhao
, N.
Yin
, R.
Abah
, M. L.
Zhao
, F.
Hong
, Z. Y.
Yu
, and S. X.
Dou
, J. Mater. Chem. C
2
, 6790
(2014
).5.
A. R.
West
, T. B.
Adams
, F. D.
Morrison
, and D. C.
Sinclair
, J. Eur. Ceram. Soc.
24
, 1439
(2004
).6.
M. T.
Buscaglia
, M.
Viviani
, V.
Buscaglia
, L.
Mitoseriu
, A.
Testino
, P.
Nanni
, Z.
Zhao
, M.
Nygren
, C.
Harnagea
, D.
Piazza
, and C.
Galassi
, Phys. Rev. B
73
, 064114
(2006
).7.
B. N.
Rao
, R.
Datta
, S. S.
Chandrashekaran
, D. K.
Mishra
, V.
Sathe
, A.
Senyshyn
, and R.
Ranjan
, Phys. Rev. B
88
, 224103
(2013
).8.
M.
Matsubara
, T.
Yamaguchi
, W.
Sakamoto
, K.
Kikuta
, T.
Yogo
, and S.
Hirano
, J. Am. Ceram. Soc.
88
, 1190
(2005
).9.
S. X.
Zhao
, Q.
Li
, Y. C.
Feng
, and C. W.
Nan
, J. Phys. Chem. Solids
70
, 639
(2009
).10.
S. J.
Zhang
and F.
Li
, J. Appl. Phys.
111
, 031301
(2012
).11.
D. C.
Sinclair
, T. B.
Adams
, F. D.
Morrison
, and A. R.
West
, Appl. Phys. Lett.
80
, 2153
(2002
).12.
J.
Wu
, C. W.
Nan
, Y.
Lin
, and Y.
Deng
, Phys. Rev. Lett.
89
, 217601
(2002
).13.
S.
Krohns
, P.
Lunkenheimer
, C.
Kant
, A. V.
Pronin
, H. B.
Brom
, A. A.
Nugroho
, M.
Diantoro
, and A.
Loidl
, Appl. Phys. Lett.
94
, 122903
(2009
).14.
J.
Rivas
, B.
Rivas-Murias
, A.
Fondado
, J.
Mira
, and M. A.
Señarís-Rodríguez
, Appl. Phys. Lett.
85
, 6224
(2004
).15.
M. E.
Abrishami
, A.
Kompany
, and S. M.
Hosseini
, J. Electroceram.
29
, 125
(2012
).16.
X. H.
Li
, L.
Xu
, L. X.
Liu
, Y.
Wang
, X. X.
Cao
, Y. J.
Huang
, C. M.
Meng
, and Z. G.
Wang
, J. Mater. Chem. A
2
, 16740
(2014
).17.
L.
Ni
and X. M.
Chen
, Solid State Commun.
149
, 379
(2009
).18.
P. F.
Liang
, Z. P.
Yang
, and X. L.
Chao
, J. Alloys Compd.
678
, 273
(2016
).19.
W.
Hu
, Y.
Liu
, R. L.
Withers
, T. J.
Frankcombe
, L.
Noren
, A.
Snashall
, M.
Kitchin
, P.
Smith
, B.
Gong
, H.
Chen
, J.
Schiemer
, F.
Brink
, and J.
Wong-Leung
, Nat. Mater.
12
, 821
(2013
).20.
J. L.
Li
, F.
Li
, C.
Li
, G.
Yang
, Z.
Xu
, and S. J.
Zhang
, Sci. Rep.
5
, 8295
(2015
).21.
J. L.
Li
, F.
Li
, Y. Y.
Zhuang
, L.
Jin
, L. H.
Wang
, X. Y.
Wei
, Z.
Xu
, and S. J.
Zhang
, J. Appl. Phys.
116
, 074105
(2014
).22.
Y. Q.
Wu
, X.
Zhao
, J. L.
Zhang
, W. B.
Su
, and J.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
107
, 242904
(2015
).23.
X. H.
Wei
, W. J.
Jie
, Z. B.
Yang
, F. G.
Zheng
, H. Z.
Zeng
, Y.
Liu
, and J. H.
Hao
, J. Mater. Chem. C
3
, 11005
(2015
).24.
J. A.
Aguilar-Martínez
, M. B.
Hernández
, A. B.
Glot
, and M. I.
Pech-Canul
, J. Phys. D: Appl. Phys.
40
, 7097
(2007
).25.
L.
Bai
, Y. G.
Wu
, and L.
Zhang
, J. Alloys Compd.
661
, 6
(2016
).26.
J. L.
Li
, F.
Li
, Z.
Xu
, Y. Y.
Zhuang
, and S. J.
Zhang
, Ceram. Int.
41
, S798
(2015
).27.
P.
Qi
, J. F.
Wang
, W. B.
Su
, H. C.
Chen
, G. Z.
Zhang
, C. M.
Wang
, and B. Q.
Ming
, Mater. Sci. Eng. B
119
, 94
(2005
).28.
K.
Rajwali
and M. H.
Fang
, Chin. Phys. B
24
, 127803
(2015
).29.
Y. L.
Song
, X. J.
Wang
, X. Q.
Zhang
, Y.
Sui
, Y.
Zhang
, Z. G.
Liu
, Z.
Lv
, Y.
Wang
, P.
Xu
, and B.
Song
, J. Mater. Chem. C
4
, 6798
(2016
).30.
Y. L.
Song
, X. J.
Wang
, Y.
Sui
, Z. Y.
Liu
, Y.
Zhang
, H. S.
Zhan
, B. Q.
Song
, Z. G.
Liu
, Z.
Lv
, L.
Tao
, and J. K.
Tang
, Sci. Rep.
6
, 21478
(2016
).31.
M.
Li
, Z. J.
Shen
, M.
Nygren
, A.
Feteira
, D. C.
Sinclair
, and A. R.
West
, J. Appl. Phys.
106
, 104106
(2009
).32.
F. D.
Morrison
, D. C.
Sinclair
, and A. R.
West
, J. Am. Ceram. Soc.
84
, 474
(2001
).33.
D. W.
Johnson
, L. E.
Cross
, and F. A.
Hummel
, J. Appl. Phys.
41
, 2828
(1970
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.
