Zirkoniumoksidilla, joka tunnetaan myös nimellä zirkoniumdioksidi (ZrO2), on ainutlaatuisia sähköisiä ominaisuuksia, jotka vaihtelevat sen kiderakenteen ja lisäaineiden mukaan. Puhtaassa muodossaan zirkoniumoksidia pidetään yleensä eristeenä, mikä tarkoittaa, että se ei johda hyvin sähköä. Tämä johtuu siitä, että puhtaan zirkoniumoksidin kiderakenne on stabiili kuutiomuodossa korkeissa lämpötiloissa ja materiaalista puuttuu sähkönjohtavuuden edellyttämiä vapaita elektroneja tai liikkuvia varauksenkantajia.
Happi-ionin johtavuus
Zirkoniumoksidi voi kuitenkin käydä läpi faasimuutoksen alemmissa lämpötiloissa, tyypillisesti noin 1 170 celsiusasteessa, mikä johtaa tetragonaaliseen kiderakenteeseen. Tämä muunnos indusoi happivaansseja hilassa, jolloin syntyy happi-ionien tyhjiä paikkoja, jotka voivat toimia varauksen kantajina. Tämä happi-ionijohtavuus on merkittävä ja tekee osittain stabiloidusta zirkoniumoksidista (PSZ) hyvin tunnetun happi-ionijohtimen. PSZ:ää käytetään yleisesti elektrolyyttimateriaalina kiinteäoksidipolttokennoissa (SOFC) ja happiantureissa.
Elektroninen johtavuus
Happiionijohtavuuden lisäksi zirkoniumoksidilla voi olla myös elektronista johtavuutta, kun tiettyjä lisäaineita lisätään sen rakenteeseen. Yttriumoksidistabiloitu zirkoniumoksidi (YSZ), jossa yttriumoksidia (Y2O3) lisätään zirkoniumoksidiin, on merkittävä esimerkki. YSZ:ää käytetään laajalti elektrolyyttinä korkean lämpötilan polttokennoissa, kuten kiinteäoksidipolttokennoissa. Yttriumin lisääminen stabiloi kuutiofaasia huoneenlämpötilassa, mikä mahdollistaa korkean ioni- ja elektronijohtavuuden.
Yhteenvetona voidaan todeta, että zirkoniumoksidin sähköisiä ominaisuuksia voidaan muuttaa lisäämällä lisäaineita tai alistamalla se tietyille olosuhteille, mikä johtaa erilaisiin sähkönjohtavuusasteisiin. Kyky hallita sen johtavuutta tekee zirkoniumoksidista monipuolisen materiaalin, jota voidaan käyttää erilaisissa elektronisissa ja sähkökemiallisissa laitteissa.
