Selain menjadi seramik struktur dengan prestasi yang sangat baik, seramik zirkonia juga merupakan bahan seramik berfungsi khas. Sebagai contoh, zirkonia mempunyai sifat elektrik yang unik. Secara sederhana, zirkonia mempunyai ciri-ciri penebat suhu rendah dan kekonduksian suhu tinggi. Satu ciri menjadikan zirkonium oksida sebagai aplikasi penting dalam sensor, bateri keadaan pepejal, elemen pemanasan bukan organik, dll.
● Sifat elektrik ZrO2
Sama ada ZrO2 tulen atau ZrO2 doped, mereka adalah penebat pada suhu bilik, dengan ketahanan lebih besar daripada 1010Ω · cm, tetapi kekonduksian suhu tinggi mereka baik, dengan pekali rintangan suhu negatif, rintangan adalah 104Ω · cm pada 1000 ° C, 1700 ° C Bila hanya 6 ～ 7Ω · cm.
Menurut pengiraan prinsip pertama, dalam struktur elektronik ZrO2, tahap tenaga orbit elektron pita valensi dan jalur konduksi berbeza dalam bilangan orbital elektron bergantung pada struktur kristal. Jalur valensi ZrO2 adalah jalur penuh, dan jalur konduksi juga diisi dengan sejumlah elektron. Prestasi penebat suhu bilik ZrO2 terutama disebabkan oleh lebar jalur yang berlebihan antara jalur valensi dan jalur konduksi, dan mustahil untuk mengalirkan elektrik pada suhu bilik. . Selepas doping, tahap tenaga baru (tahap tenaga penderma atau tahap tenaga akseptor) dapat terbentuk di jalur terlarang, sehingga lebar jalur terlarang dikurangkan, tetapi masih tidak ada kekonduksian pada suhu bilik, terutama disebabkan oleh ZrO2 di bilik suhu Mobiliti elektron terlalu rendah. Oleh itu, sama ada ZrO2 kemurnian tinggi atau ZrO2 doped, kedua-duanya menunjukkan sifat penebat tinggi pada suhu bilik.
Mekanisme konduktif utama ZrO2 berasal dari penghijrahan kekosongan oksigen secara langsung, dan kekonduksian meningkat dengan peningkatan suhu dan perbezaan tekanan separa oksigen. Dalam persekitaran di mana suhu lebih tinggi daripada sekitar 800 ° C, kekonduksian ZrO2 bertambah baik, dan kekonduksian Zr02 berubah secara linear dengan suhu, iaitu, semakin tinggi suhu, semakin kuat kekonduksian ZrO2.
● Adakah kekonduksian akan bertambah baik?
tidak akan! Seorang sarjana Jerman GuoX menunjukkan dalam tinjauan bahawa sifat konduktif ZrO2 berbeza dengan sifat kekonduksian elektronik. Bahan ZrO2 pengalir ion dapat mencapai kekonduksian ionik maksimum dalam keadaan kepekatan kekosongan yang sesuai, yang lebih tinggi daripada kekosongan optimum. Menambah lebih banyak kekosongan berdasarkan kepekatan akan mengakibatkan penurunan kekonduksian ion. Oleh itu, kekonduksian ZrO2 pada suhu tinggi tidak dapat ditingkatkan selama-lamanya. Sebagai contoh, penurunan kekonduksian ion ZrO2 berstruktur nano terutamanya disebabkan oleh pengaruh berlebihan antara muka dalaman, yang menyebabkan penurunan penghijrahan ion. Oleh kerana lapisan cas ruang di ZrO2 yang stabil ialah kira-kira 2.5nm, hanya apabila ukuran nanopartikel kurang dari 5nm akan mengarahkan penghijrahan elektron yang disebabkan oleh kesan ukuran kuantum berlaku. Jelas sekali, keadaan ini sukar dicapai dalam skala besar.
