Cirkonija keramika ir ne tikai strukturāla keramika ar izcilu veiktspēju, bet arī īpašs funkcionāls keramikas materiāls. Piemēram, cirkonija dioksīdam ir unikālas elektriskās īpašības. Vienkārši sakot, cirkonija dioksīdam piemīt zemas temperatūras izolācija un augsta temperatūras vadītspēja. Viena īpašība padara cirkonija oksīdu par svarīgu pielietojumu sensoros, cietvielu baterijās, neorganiskos sildelementos utt.
● ZrO2 elektriskās īpašības
Neatkarīgi no tā, vai tas ir tīrs ZrO2 vai leģēts ZrO2, tie ir izolatori istabas temperatūrā, ar pretestību lielāku par 1010Ω · cm, bet to augstā temperatūras vadītspēja ir laba, ar negatīvu pretestības temperatūras koeficientu, pretestība ir 104Ω · cm pie 1000 ° C, 1700 ° C Ja tas ir tikai 6 ～ 7Ω · cm.
Saskaņā ar pirmā principa aprēķiniem ZrO2 elektroniskajā struktūrā valences joslas un vadīšanas joslas elektronu orbitālās enerģijas līmeņi ir atšķirīgi elektronu orbitāļu skaitā atkarībā no kristāla struktūras. ZrO2 valences josla ir pilna josla, un arī vadīšanas josla ir piepildīta ar noteiktu elektronu daudzumu. ZrO2 izolācijas īpašības istabas temperatūrā galvenokārt ir saistītas ar pārmērīgu joslas platumu starp valences joslu un vadīšanas joslu, un nav iespējams vadīt elektrību istabas temperatūrā. . Pēc dopinga lietošanas aizliegtajā joslā var izveidot jaunu enerģijas līmeni (donora enerģijas līmenis vai akceptora enerģijas līmenis), lai samazinātu aizliegto joslas platumu, bet istabas temperatūrā joprojām nav vadītspējas, galvenokārt ZrO2 dēļ telpā temperatūra Elektronu mobilitāte ir pārāk zema. Tāpēc neatkarīgi no tā, vai tas ir augstas tīrības pakāpes ZrO2 vai leģēts ZrO2, tiem abiem piemīt augstas izolācijas īpašības istabas temperatūrā.
Galvenais ZrO2 vadošais mehānisms nāk no skābekļa vakanču virziena migrācijas, un vadītspēja palielinās, palielinoties temperatūrai un skābekļa parciālā spiediena starpībai. Vidē, kur temperatūra ir augstāka par aptuveni 800 ° C, ZrO2 vadītspēja ir ievērojami uzlabojusies, un Zr02 vadītspēja mainās lineāri ar temperatūru, tas ir, jo augstāka temperatūra, jo spēcīgāka ir ZrO2 vadītspēja.
● Vai vadītspēja tiks bezgalīgi uzlabota?
nebūs! Vācu zinātnieks GuoX pārskatā norādīja, ka ZrO2 vadošās īpašības atšķiras no elektroniskās vadītspējas. Jonu vadošs ZrO2 materiāls var sasniegt maksimālo jonu vadītspēju, ja ir piemērota vakances koncentrācija, kas ir augstāka par optimālo brīvo vietu. Pievienojot vairāk vakanču, pamatojoties uz koncentrāciju, samazinās jonu vadītspēja. Tāpēc ZrO2 vadītspēju augstā temperatūrā nevar palielināt bezgalīgi. Piemēram, nanostrukturētā ZrO2 jonu vadītspējas samazināšanos galvenokārt izraisa pārmērīga iekšējās saskarnes ietekme, kā rezultātā samazinās jonu migrācija. Tā kā kosmosa lādiņa slānis stabilizētajā ZrO2 ir aptuveni 2,5 nm, tikai tad, kad nanodaļiņu izmērs ir mazāks par 5 nm, notiks tieša elektronu migrācija, ko izraisa kvantu lieluma efekts. Acīmredzot šo situāciju ir grūti sasniegt plašā mērogā.
