Sen lisäksi, että zirkoniumoksidikeramiikka on rakenteellinen keraaminen ja sillä on erinomainen suorituskyky, se on myös erityinen toiminnallinen keraaminen materiaali. Esimerkiksi zirkoniumoksidilla on ainutlaatuisia sähköisiä ominaisuuksia. Yksinkertaisesti sanottuna zirkoniumoksidilla on alhaisen lämpötilan eristys ja korkean lämpötilan johtavuus. Eräs ominaisuus tekee zirkoniumoksidista tärkeän sovelluksen antureissa, puolijohdeparistoissa, epäorgaanisissa lämmityselementeissä jne.
● ZrO2: n sähköiset ominaisuudet
Olipa kyseessä puhdas ZrO2 tai seostettu ZrO2, ne ovat eristimiä huoneenlämmössä, joiden resistanssi on suurempi kuin 1010Ω · cm, mutta niiden korkea lämmönjohtavuus on hyvä, negatiivinen vastuskerroin, vastus on 104Ω · cm 1000 °: ssa C, 1700 ° C Kun se on vain 6 ～ 7Ω · cm.
Ensimmäisen periaatteen laskelmien mukaan ZrO2: n elektronisessa rakenteessa valenssikaistan ja johtumiskaistan elektronikiertoradan energiatasot ovat erilaiset elektroni-orbitaalien lukumäärässä riippuen kiderakenteesta. ZrO2: n valenssinauha on täyskaistainen, ja johtavuuskaista on myös täytetty tietyn määrän elektroneja. ZrO2: n huonelämpötilaeristyskyky johtuu pääasiassa valenssikaistan ja johtuskaistan välisestä liiallisesta kaistanleveydestä, eikä sähköä voida johtaa huoneenlämpötilassa. . Dopingin jälkeen kielletylle kaistalle voidaan muodostaa uusi energiataso (luovuttajan energiataso tai hyväksyjän energiataso) niin, että kielletty kaistanleveys pienenee, mutta huoneenlämmössä ei edelleenkään ole johtavuutta, pääasiassa huoneen ZrO2: n vuoksi lämpötila Elektronien liikkuvuus on liian alhainen. Siksi, olipa kyseessä erittäin puhdas ZrO2 tai seostettu ZrO2, molemmilla on korkeat eristysominaisuudet huoneenlämmössä.
ZrO2: n johtava päämekanismi johtuu happivapaiden paikkojen siirtymisestä, ja johtavuus kasvaa lämpötilan ja hapen osapaine -eron noustessa. Ympäristössä, jossa lämpötila on korkeampi kuin noin 800 ° C, ZrO2: n johtokyky paranee huomattavasti ja Zr02: n johtavuus muuttuu lineaarisesti lämpötilan kanssa, eli mitä korkeampi lämpötila, sitä vahvempi Zr02: n johtavuus.
● Paraneeko johtavuus loputtomasti?
ei! Saksalainen tutkija GuoX huomautti katsauksessa, että ZrO2: n johtavat ominaisuudet eroavat sähköisen johtavuuden ominaisuuksista. Ionia johtava ZrO2-materiaali voi saavuttaa maksimaalisen ionijohtavuuden olosuhteissa, joissa on sopiva tyhjiöpitoisuus, joka on korkeampi kuin optimaalinen vajaakäyttö. Lisäämällä avoimia työpaikkoja pitoisuuden perusteella ionien johtavuus heikkenee. Siksi ZrO2: n johtavuutta korkeissa lämpötiloissa ei voida lisätä loputtomiin. Esimerkiksi nanorakenteisen ZrO2: n ionijohtavuuden lasku johtuu pääasiassa sisäisen rajapinnan liiallisesta vaikutuksesta, mikä johtaa ionien siirtymisen vähenemiseen. Koska avaruusvarauskerros stabiloidussa ZrO2: ssa on noin 2,5 nm, vain silloin, kun nanohiukkasen koko on alle 5 nm, tapahtuu kvanttikoon vaikutuksen aiheuttama elektronien siirtyminen. On selvää, että tätä tilannetta on vaikea saavuttaa suuressa mittakaavassa.
