Ngoài vai trò là một loại gốm kết cấu với hiệu suất tuyệt vời, gốm zirconia còn là một loại vật liệu gốm có chức năng đặc biệt. Ví dụ, zirconia có các đặc tính điện độc đáo. Nói một cách đơn giản, zirconia có đặc điểm là cách nhiệt ở nhiệt độ thấp và dẫn nhiệt độ cao. Một đặc điểm khiến ôxít zirconi trở thành một ứng dụng quan trọng trong cảm biến, pin trạng thái rắn, các bộ phận đốt nóng vô cơ, v.v.
● Tính chất điện của ZrO2
Cho dù là ZrO2 nguyên chất hay ZrO2 pha tạp, chúng đều là chất cách điện ở nhiệt độ phòng, có điện trở suất lớn hơn 1010Ω · cm, nhưng dẫn nhiệt ở nhiệt độ cao rất tốt, với hệ số nhiệt độ âm, điện trở suất là 104Ω · cm ở 1000 ° C, 1700 ° C Khi nó chỉ là 6 ～ 7Ω · cm.
Theo tính toán nguyên tắc thứ nhất, trong cấu trúc điện tử của ZrO2, các mức năng lượng quỹ đạo điện tử của vùng hóa trị và vùng dẫn là khác nhau về số lượng obitan điện tử tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể. Vùng hóa trị của ZrO2 là vùng đầy đủ và vùng dẫn cũng chứa đầy một lượng điện tử nhất định. Hiệu suất cách nhiệt ở nhiệt độ phòng của ZrO2 chủ yếu là do dải thông giữa vùng hóa trị và vùng dẫn quá lớn, và không thể dẫn điện ở nhiệt độ phòng. . Sau khi pha tạp, một mức năng lượng mới (mức năng lượng của người cho hoặc mức năng lượng của chất nhận) có thể được hình thành trong vùng cấm, do đó độ rộng vùng cấm bị giảm xuống, nhưng vẫn không có độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng, chủ yếu là do ZrO2 ở trong phòng. nhiệt độ Độ linh động của electron quá thấp. Do đó, dù là ZrO2 tinh khiết cao hay ZrO2 pha tạp, cả hai đều thể hiện tính cách nhiệt cao ở nhiệt độ phòng.
Cơ chế dẫn điện chính của ZrO2 xuất phát từ sự di chuyển có hướng của các chỗ trống oxy, và độ dẫn điện tăng lên khi nhiệt độ tăng và chênh lệch áp suất riêng phần oxy. Trong môi trường có nhiệt độ cao hơn khoảng 800 ° C, độ dẫn điện của ZrO2 được cải thiện đáng kể, và độ dẫn điện của Zr02 thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ, tức là, nhiệt độ càng cao thì độ dẫn điện của ZrO2 càng mạnh.
● Độ dẫn điện có được cải thiện vô hạn không?
sẽ không! Một học giả người Đức GuoX đã chỉ ra trong một bài đánh giá rằng tính chất dẫn điện của ZrO2 khác với tính chất dẫn điện tử. Vật liệu ZrO2 dẫn ion có thể đạt được độ dẫn ion tối đa trong điều kiện nồng độ vị trí trống thích hợp, cao hơn vị trí trống tối ưu. Thêm nhiều chỗ trống trên cơ sở nồng độ sẽ làm giảm độ dẫn ion. Do đó, độ dẫn của ZrO2 ở nhiệt độ cao không thể tăng lên vô hạn. Ví dụ, sự giảm độ dẫn ion của ZrO2 có cấu trúc nano chủ yếu là do ảnh hưởng quá mức của bề mặt bên trong, dẫn đến giảm sự di chuyển của ion. Vì lớp điện tích không gian trong ZrO2 ổn định là khoảng 2,5nm, chỉ khi kích thước của hạt nano nhỏ hơn 5nm thì sự di chuyển điện tử trực tiếp gây ra bởi hiệu ứng kích thước lượng tử mới xảy ra. Rõ ràng, tình hình này khó đạt được trên diện rộng.
