Pe lângă faptul că este o ceramică structurală cu performanțe excelente, ceramica cu zirconiu este și un material ceramic funcțional special. De exemplu, zirconia are proprietăți electrice unice. Pur și simplu, zirconia are caracteristicile de izolare la temperatură scăzută și conductivitate la temperaturi ridicate. O caracteristică face din oxidul de zirconiu o aplicație importantă în senzori, baterii în stare solidă, elemente de încălzire anorganice etc.
● Proprietățile electrice ale ZrO2
Fie că este ZrO2 pur sau ZrO2 dopat, acestea sunt izolatoare la temperatura camerei, cu o rezistivitate mai mare de 1010Ω · cm, dar conductivitatea lor la temperatură ridicată este bună, cu un coeficient de rezistență la temperatură negativ, rezistivitatea este 104Ω · cm la 1000 ° C, 1700 ° C Când este doar 6 ～ 7Ω · cm.
Conform calculelor primului principiu, în structura electronică a ZrO2, nivelurile de energie orbitală electronică ale benzii de valență și ale benzii de conducere sunt diferite în ceea ce privește numărul orbitalilor de electroni în funcție de structura cristalină. Banda de valență a ZrO2 este bandă plină, iar banda de conducție este, de asemenea, umplută cu o anumită cantitate de electroni. Performanța izolației la temperatura camerei a ZrO2 se datorează în principal lățimii de bandă excesive dintre banda de valență și banda de conducție și este imposibil să se conducă electricitatea la temperatura camerei. . După dopaj, se poate forma un nou nivel de energie (nivelul de energie al donatorului sau nivelul de energie al acceptorului) în banda interzisă, astfel încât lățimea benzii interzise să fie redusă, dar nu există încă conductivitate la temperatura camerei, în principal datorită ZrO2 la cameră temperatura Mobilitatea electronilor este prea mică. Prin urmare, indiferent dacă este ZrO2 de înaltă puritate sau ZrO2 dopat, ambele prezintă proprietăți de izolație ridicate la temperatura camerei.
Principalul mecanism conductiv al ZrO2 provine din migrarea direcțională a locurilor libere de oxigen, iar conductivitatea crește odată cu creșterea temperaturii și a diferenței de presiune parțială a oxigenului. Într-un mediu în care temperatura este mai mare de aproximativ 800 ° C, conductivitatea ZrO2 este mult îmbunătățită, iar conductivitatea Zr02 se schimbă liniar cu temperatura, adică cu cât temperatura este mai mare, cu atât conductivitatea ZrO2 este mai mare.
● Conductivitatea va fi infinit îmbunătățită?
nu voi! Un savant german GuoX a subliniat într-o revizuire că proprietățile conductoare ale ZrO2 sunt diferite de cele ale conductivității electronice. Materialul ZrO2 conducător de ioni poate atinge conductivitatea ionică maximă în condițiile unei concentrații adecvate de vacanță, care este mai mare decât vacanta optimă. Adăugarea mai multor posturi vacante pe baza concentrației va duce la o scădere a conductivității ionilor. Prin urmare, conductivitatea ZrO2 la temperaturi ridicate nu poate fi crescută la nesfârșit. De exemplu, scăderea conductivității ionice a ZrO2 nanostructurat este cauzată în principal de influența excesivă a interfeței interne, ceea ce duce la o scădere a migrației ionice. Deoarece stratul de încărcare spațială din ZrO2 stabilizat este de aproximativ 2,5 nm, numai atunci când dimensiunea nanoparticulei este mai mică de 5 nm va avea loc migrația directă a electronilor cauzată de efectul dimensiunii cuantice. Evident, această situație este dificil de realizat pe scară largă.
