Осим што је керамика са циркониј структуром са одличним перформансама, такође је посебан функционални керамички материјал. На пример, цирконијум има јединствена електрична својства. Једноставно речено, цирконијум има карактеристике ниске температуре изолације и проводљивости високе температуре. Једна карактеристика чини цирконијум оксид важном применом у сензорима, чврстим батеријама, неорганским грејним елементима итд.
● Електрична својства ЗрО2
Било да се ради о чистом ЗрО2 или легурираном ЗрО2, они су изолатори на собној температури, са отпорношћу већом од 1010Ω · цм, али је њихова проводљивост при високим температурама добра, са негативним температурним коефицијентом отпора, отпорност је 104Ω · цм на 1000 ° Ц, 1700 ° Ц Када је само 6 ～ 7Ω · цм.
Према прорачунима првог принципа, у електронској структури ЗрО2, нивои електронске орбиталне енергије валентног појаса и проводног појаса различити су у броју електронских орбитала у зависности од структуре кристала. Валентни појас ЗрО2 је пун појас, а проводни појас је такође испуњен одређеном количином електрона. Перформансе изолације ЗрО2 на собној температури углавном су последица превеликог пропусног опсега између валентног појаса и проводног појаса, па је немогуће спровести електричну енергију на собној температури. . Након допинга, у забрањеном појасу може се формирати нови ниво енергије (ниво енергије донатора или ниво енергије акцептора), тако да се забрањена ширина појаса смањује, али и даље нема проводљивости на собној температури, углавном због ЗрО2 у просторији температура Мобилност електрона је прениска. Стога, било да се ради о ЗрО2 високе чистоће или ЗрО2 допираном, оба показују висока изолациона својства на собној температури.
Главни проводни механизам ЗрО2 долази од усмерене миграције слободних места кисеоника, а проводљивост се повећава са повећањем температуре и разлике парцијалног притиска кисеоника. У окружењу где је температура виша од око 800 ° Ц, проводљивост ЗрО2 је знатно побољшана, а проводљивост Зр02 линеарно се мења са температуром, односно што је температура већа, проводљивост ЗрО2 је јача.
● Да ли ће се проводљивост бесконачно побољшати?
неће! Немачки научник ГуоКс истакао је у прегледу да су проводна својства ЗрО2 различита од својстава електронске проводљивости. ЗрО2 материјал који води јоне може постићи максималну јонску проводљивост под условом одговарајуће концентрације слободног места, која је већа од оптималне празнине. Додавање више слободних места на основу концентрације ће довести до смањења проводљивости јона. Због тога се проводљивост ЗрО2 на високим температурама не може неограничено повећавати. На пример, смањење јонске проводљивости наноструктурисаног ЗрО2 углавном је узроковано прекомерним утицајем унутрашњег интерфејса, што доводи до смањења миграције јона. Пошто је слој просторног набоја у стабилизованом ЗрО2 око 2,5 нм, само када је величина наночестице мања од 5 нм, доћи ће до директне миграције електрона изазване ефектом квантне величине. Очигледно је да је ову ситуацију тешко постићи у великом обиму.
