Cirkonio keramika yra ne tik konstrukcinė keramika, pasižyminti puikiomis eksploatacinėmis savybėmis, bet ir ypatinga funkcinė keraminė medžiaga. Pavyzdžiui, cirkonis turi unikalių elektrinių savybių. Paprasčiau tariant, cirkonis turi žemos temperatūros izoliacijos ir aukštos temperatūros laidumo savybes. Dėl vienos savybės cirkonio oksidas yra svarbus pritaikymas jutikliuose, kietojo kūno baterijose, neorganiniuose kaitinimo elementuose ir kt.
● ZrO2 elektrinės savybės
Nesvarbu, ar tai grynas ZrO2, ar legiruotas ZrO2, jie yra kambario temperatūros izoliatoriai, kurių varža didesnė kaip 1010Ω · cm, tačiau jų aukšto laidumo temperatūra yra gera, o neigiamas atsparumo temperatūros koeficientas, varža yra 104Ω · cm esant 1000 ° C, 1700 ° C Kai yra tik 6 ～ 7Ω · cm.
Remiantis pirmojo principo skaičiavimais, elektroninėje ZrO2 struktūroje valentinės juostos ir laidumo juostos elektronų orbitos energijos lygiai skiriasi priklausomai nuo kristalų struktūros. ZrO2 valentinė juosta yra visa juosta, o laidumo juosta taip pat užpildyta tam tikru elektronų kiekiu. ZrO2 izoliacijos charakteristikos kambario temperatūroje daugiausia priklauso nuo per didelio pralaidumo tarp valentinės juostos ir laidumo juostos, todėl neįmanoma praleisti elektros energijos kambario temperatūroje. . Po dopingo uždraustoje juostoje gali būti suformuotas naujas energijos lygis (donoro energijos lygis arba akceptoriaus energijos lygis), kad sumažėtų draudžiamos juostos plotis, tačiau kambario temperatūroje vis dar nėra laidumo, daugiausia dėl kambario ZrO2 temperatūra Elektronų judrumas yra per mažas. Todėl, nesvarbu, ar tai yra labai grynas ZrO2, ar legiruotas ZrO2, abu pasižymi aukštomis izoliacinėmis savybėmis kambario temperatūroje.
Pagrindinis laidus ZrO2 mechanizmas atsiranda dėl kryptingos laisvų deguonies vietų migracijos, o laidumas didėja didėjant temperatūrai ir deguonies dalinio slėgio skirtumui. Aplinkoje, kurioje temperatūra yra aukštesnė nei apie 800 ° C, ZrO2 laidumas labai pagerėja, o Zr02 laidumas kinta tiesiškai su temperatūra, tai yra, kuo aukštesnė temperatūra, tuo stipresnis ZrO2 laidumas.
● Ar laidumas bus be galo pagerintas?
nedarys! Vokiečių mokslininkas GuoX peržiūroje nurodė, kad ZrO2 laidžiosios savybės skiriasi nuo elektroninio laidumo. Jonai laidi ZrO2 medžiaga gali pasiekti maksimalų jonų laidumą esant tinkamai laisvos vietos koncentracijai, kuri yra didesnė už optimalią laisvą vietą. Pridėjus daugiau laisvų darbo vietų pagal koncentraciją, sumažės jonų laidumas. Todėl ZrO2 laidumas aukštoje temperatūroje negali būti neribotą laiką padidintas. Pavyzdžiui, nanostruktūrizuoto ZrO2 jonų laidumo sumažėjimą daugiausia lemia per didelė vidinės sąsajos įtaka, dėl kurios sumažėja jonų migracija. Kadangi erdvės krūvio sluoksnis stabilizuotame ZrO2 yra apie 2,5 nm, tik tada, kai nanodalelių dydis yra mažesnis nei 5 nm, atsiras tiesioginė elektronų migracija, kurią sukelia kvantinio dydžio efektas. Akivaizdu, kad šią situaciją sunku pasiekti plačiu mastu.
