Osim što je konstrukcijska keramika s izvrsnim performansama, cirkonij keramika je i poseban funkcionalni keramički materijal. Na primjer, cirkonij ima jedinstvena električna svojstva. Jednostavno rečeno, cirkonij ima karakteristike niske temperature izolacije i visoke temperaturne vodljivosti. Jedna karakteristika čini cirkonijev oksid važnom primjenom u senzorima, čvrstim baterijama, anorganskim grijačima itd.
● Električna svojstva ZrO2
Bilo da se radi o čistom ZrO2 ili leguriranom ZrO2, oni su izolatori na sobnoj temperaturi, s otpornošću većom od 1010Ω · cm, ali njihova je visokotemperaturna vodljivost dobra, s negativnim temperaturnim koeficijentom otpora, otpor je 104Ω · cm na 1000 ° C, 1700 ° C Kad je samo 6 ～ 7Ω · cm.
Prema proračunima prvog principa, u elektronskoj strukturi ZrO2, razine energije orbitalne energije elektrona valentnog pojasa i područja vodljivosti različite su u broju elektronskih orbitala ovisno o strukturi kristala. Valentni pojas ZrO2 je pun pojas, a vodljivi pojas također je ispunjen određenom količinom elektrona. Učinkovitost izolacije ZrO2 pri sobnoj temperaturi uglavnom je posljedica prekomjerne širine pojasa između valentnog pojasa i provodnog pojasa te je nemoguće provesti električnu energiju na sobnoj temperaturi. . Nakon dopinga, u zabranjenom pojasu može se formirati nova razina energije (razina energije donatora ili razina energije akceptora), tako da se zabranjena širina pojasa smanjuje, ali još uvijek nema vodljivosti na sobnoj temperaturi, uglavnom zbog ZrO2 u prostoriji temperatura Mobilnost elektrona je preniska. Stoga, bilo da se radi o ZrO2 visoke čistoće ili ZrO2 dopiranom, oba pokazuju visoka izolacijska svojstva na sobnoj temperaturi.
Glavni provodni mehanizam ZrO2 dolazi od usmjerene migracije slobodnih mjesta kisika, a vodljivost se povećava s povećanjem temperature i razlike parcijalnog tlaka kisika. U okruženju u kojem je temperatura viša od oko 800 ° C, vodljivost ZrO2 je uvelike poboljšana, a vodljivost Zr02 linearno se mijenja s temperaturom, odnosno što je temperatura veća, to je i vodljivost ZrO2 jača.
● Hoće li se vodljivost beskonačno poboljšati?
neće! Njemački znanstvenik GuoX istaknuo je u pregledu da su provodna svojstva ZrO2 različita od svojstava elektroničke vodljivosti. ZrO2 materijal koji vodi ione može postići maksimalnu ionsku vodljivost pod uvjetom prikladne koncentracije slobodnog mjesta, koja je veća od optimalne praznine. Dodavanje više slobodnih mjesta na temelju koncentracije rezultirat će smanjenjem ionske vodljivosti. Stoga se vodljivost ZrO2 pri visokim temperaturama ne može povećavati u nedogled. Na primjer, smanjenje ionske vodljivosti nanostrukturiranog ZrO2 uglavnom je uzrokovano prekomjernim utjecajem unutarnjeg sučelja, što dovodi do smanjenja migracije iona. Budući da je sloj prostornog naboja u stabiliziranom ZrO2 oko 2,5 nm, tek kada je veličina nanočestice manja od 5 nm, doći će do izravne migracije elektrona uzrokovane učinkom kvantne veličine. Očigledno je da je ovu situaciju teško postići u velikoj mjeri.
