Lisaks suurepärase jõudlusega struktuurkeraamikale on tsirkooniumkeraamika ka eriline funktsionaalne keraamiline materjal. Näiteks tsirkooniumoksiidil on ainulaadsed elektrilised omadused. Lihtsamalt öeldes on tsirkooniumoksiidil madalatemperatuuriline isolatsioon ja kõrge temperatuurijuhtivus. Üks omadus muudab tsirkooniumoksiidi oluliseks rakenduseks andurites, tahkis-patareides, anorgaanilistes kütteelementides jne.
● ZrO2 elektrilised omadused
Olenemata sellest, kas tegemist on puhta ZrO2 või legeeritud ZrO2 -ga, on need toatemperatuuril isolaatorid, mille takistus on suurem kui 1010Ω · cm, kuid nende kõrge temperatuurijuhtivus on hea, negatiivse vastupidavuskoefitsiendiga, mille takistus on 104Ω · cm 1000 ° juures C, 1700 ° C Kui see on ainult 6 ～ 7Ω · cm.
Esimese põhimõtte arvutuste kohaselt on ZrO2 elektroonilises struktuuris valentsriba ja juhtivusriba elektronide orbitaalenergia tasemed elektronide orbitaalide arvu osas erinevad, sõltuvalt kristallstruktuurist. ZrO2 valentsriba on täisriba ja juhtivusriba on samuti täidetud teatud koguse elektronidega. ZrO2 toatemperatuuri isolatsiooniomadused tulenevad peamiselt valentsriba ja juhtivusriba vahelisest liigsest ribalaiusest ning toatemperatuuril on võimatu elektrit juhtida. . Pärast dopingut saab keelatud ribas moodustada uue energiataseme (doonori energiatase või aktseptori energiatase), nii et keelatud ribalaiust vähendatakse, kuid toatemperatuuril pole juhtivust, peamiselt toatemperatuuril ZrO2 tõttu. temperatuur Elektronide liikuvus on liiga madal. Seega, olenemata sellest, kas see on kõrge puhtusastmega ZrO2 või legeeritud ZrO2, on mõlemal toatemperatuuril kõrged isolatsiooniomadused.
ZrO2 peamine juhtiv mehhanism tuleneb hapnikuvabade töökohtade migratsioonist ning juhtivus suureneb temperatuuri ja hapniku osarõhu erinevuse suurenemisega. Keskkonnas, kus temperatuur on kõrgem kui umbes 800 ° C, paraneb ZrO2 juhtivus oluliselt ja Zr02 juhtivus muutub temperatuuriga lineaarselt, st mida kõrgem on temperatuur, seda tugevam on ZrO2 juhtivus.
● Kas juhtivus paraneb lõpmatult?
ei tee! Saksa teadlane GuoX märkis ülevaates, et ZrO2 juhtivusomadused erinevad elektroonilise juhtivuse omadustest. Ioonjuhtiv ZrO2 materjal võib saavutada maksimaalse ioonjuhtivuse sobiva vakantsuse kontsentratsiooni tingimustes, mis on kõrgemad kui optimaalne vakantsus. Kui lisada kontsentratsiooni alusel rohkem vabu töökohti, väheneb ioonide juhtivus. Seetõttu ei saa ZrO2 juhtivust kõrgel temperatuuril lõputult suurendada. Näiteks on nanostruktureeritud ZrO2 ioonjuhtivuse vähenemine tingitud peamiselt sisemise liidese liigsest mõjust, mis viib ioonide migratsiooni vähenemiseni. Kuna stabiliseeritud ZrO2 ruumilaengu kiht on umbes 2,5 nm, siis ainult siis, kui nanoosakeste suurus on alla 5 nm, toimub kvantsuuruse efektist tingitud elektronide migratsioon. Ilmselgelt on seda olukorda suures ulatuses raske saavutada.
