Neste trabalho foram investigadas a microestrutura, as propriedades elétricas e dielétricas da titânia contendo dopantes à base de terras raras. O principal objetivo foi avaliar o efeito da temperatura de sinterização e da concentração de dopantes tri- e pentavalentes na microestrutura e nas propriedades elétricas e dielétricas dos materiais sinterizados. Cerâmicas de TiO₂ contendo Y₂O₃ e Nb₂O₅ foram preparadas pelo método convencional de mistura dos reagentes na proporção estequiométrica seguida de reação em altas temperaturas. Os teores de dopantes foram de 2,5; 5 e 10% mol e as temperaturas de sinterização foram 1480 e 1500 ºC. A caracterização das amostras foi realizada por meio de técnicas de difração de raios X, para identificação das fases cristalinas, e observação da microestrutura em microscópio eletrônico de varredura com espectroscopia de energia dispersiva associada e microscopia de varredura por sonda. As propriedades elétricas e dielétricas foram estudadas por meio de medidas de espectroscopia de impedância. A microestrutura resultante evidenciou a formação de fases de impureza, especialmente YNbTiO₆, para 5% e 10% mol de dopantes, e densidades aparentes acima de 80% da densidade teórica. Além da fase de impureza, excesso de dopantes deram origem a outras fases nos contornos de grão, como evidenciado por microscopia eletrônica. Os tamanhos médios de grão variaram entre 20 e 30 µm. A sinterização em 1500 ºC produziu uma fase amorfa nos contornos de grão e crescimento acentuado dos mesmos, sugerindo a formação de fase líquida durante a sinterização. Para todas as composições foi obtida permissividade elétrica colossal (acima de 1.000). Valores de energia de ativação para a condução através dos contornos de grão variaram entre aproximadamente 0,2 e 0,33 eV evidenciando um comportamento semicondutor. A tangente de perdas a 60 ºC foi de ≈ 0,2. A maior permissividade elétrica foi obtida para a composição contendo 5% mol de dopantes.

In this work, the microstructure, the electrical and dielectric properties of titania containing rare earth co-dopants were investigated. The main purpose was to evaluate the effect of the sintering temperature and the tri-and pentavalent co-dopants on the microstructure and the electrical and dielectric properties of sintered materials. TiO₂ ceramics containing Y₂O₃ and Nb₂O₅ were prepared by the conventional method of mixture of the starting reagents followed by reaction at high temperatures. Total dopant contents were 2.5, 5 and 10 mol%, and the sintering temperatures were 1480 and 1500 ºC. The sintered specimens were analyzed by Xray diffraction for phase characterization, and microstructure observation by scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy and scanning probe microscopy. The electric and dielectric properties were studied by impedance spectroscopy measurements. The final microstructure revealed impurity phases, especially YNbTiO₆ for 10 mol% total dopants, and apparent densities above 80% of the theoretical value. Besides that, impurity phase, excess dopants gave rise to other impurity phases along the grain boundaries, as evidenced by electron microscopy. The estimated mean grain size was 20-30 µm. For specimens sintered at 1500 ºC, an amorphous phase was detected at the grain boundaries along with sharp increase of the grain size, suggesting liquid phase formation during sintering. Colossal electric permittivity (above 1,000) was obtained for all compositions. Activation energy values for conduction along the grain boundaries varied from 0.2 to 0.33 eV evidencing a semiconducting behavior. The loss tangent at 60 ºC was ≈ 0.2. The highest electric permittivity was obtained for 5 mol% total dopants.