เซอร์โคเนียหรือที่รู้จักกันในชื่อเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ (ZrO2) มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึกและสารเจือปน ในรูปแบบบริสุทธิ์ โดยทั่วไปเซอร์โคเนียถือเป็นฉนวน ซึ่งหมายความว่านำไฟฟ้าได้ไม่ดี เนื่องจากโครงสร้างผลึกของเซอร์โคเนียบริสุทธิ์มีความเสถียรในรูปแบบลูกบาศก์ที่อุณหภูมิสูง และวัสดุขาดอิเล็กตรอนอิสระหรือตัวพาประจุแบบเคลื่อนที่ที่จำเป็นสำหรับการนำไฟฟ้า
การนำออกซิเจนไอออน
อย่างไรก็ตาม เซอร์โคเนียสามารถเกิดการเปลี่ยนสถานะได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1,170 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดโครงสร้างผลึกแบบเตตระโกนัล การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดตำแหน่งว่างของออกซิเจนในตาข่าย ทำให้เกิดตำแหน่งว่างของออกซิเจนไอออนที่สามารถทำหน้าที่เป็นพาประจุได้ การนำออกซิเจนไอออนนี้มีความสำคัญและทำให้เซอร์โคเนียเสถียรบางส่วน (PSZ) กลายเป็นตัวนำออกซิเจนไอออนที่รู้จักกันดี โดยทั่วไปจะใช้ PSZ เป็นวัสดุอิเล็กโทรไลต์ในเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ (SOFC) และเซ็นเซอร์ออกซิเจน
การนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์
นอกเหนือจากการนำไอออนของออกซิเจนแล้ว เซอร์โคเนียยังสามารถแสดงค่าการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ได้เมื่อมีการใส่สารเจือปนบางชนิดเข้าไปในโครงสร้างของมัน เซอร์โคเนียเสถียรอิตเทรีย (YSZ) โดยที่อิตเทรียมออกไซด์ (Y2O3) ถูกเติมลงในเซอร์โคเนีย เป็นตัวอย่างที่น่าสังเกต YSZ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอิเล็กโทรไลต์ในเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูง เช่น เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ การเติมอิตเทรียมจะทำให้เฟสลูกบาศก์คงที่ที่อุณหภูมิห้อง ทำให้มีค่าการนำไฟฟ้าและไอออนิกสูง
โดยสรุป คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซอร์โคเนียสามารถแก้ไขได้โดยการเติมสารเจือปนหรือโดยอยู่ภายใต้สภาวะเฉพาะ ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้ามีระดับที่แตกต่างกัน ความสามารถในการควบคุมการนำไฟฟ้าทำให้เซอร์โคเนียเป็นวัสดุอเนกประสงค์พร้อมการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าเคมีต่างๆ
