นอกจากจะเป็นเซรามิกโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมแล้ว เซอร์โคเนียเซรามิกยังเป็นวัสดุเซรามิกที่ใช้งานได้พิเศษอีกด้วย ตัวอย่างเช่น เซอร์โคเนียมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ พูดง่ายๆ เซอร์โคเนียมีลักษณะเป็นฉนวนที่อุณหภูมิต่ำและมีค่าการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง ลักษณะหนึ่งที่ทำให้เซอร์โคเนียมออกไซด์มีความสำคัญในการใช้งานเซ็นเซอร์ แบตเตอรี่โซลิดสเตต องค์ประกอบความร้อนแบบอนินทรีย์ ฯลฯ
● คุณสมบัติทางไฟฟ้าของ ZrO2
ไม่ว่าจะเป็น ZrO2 บริสุทธิ์หรือ ZrO2 ที่เจือปน พวกมันเป็นฉนวนที่อุณหภูมิห้อง โดยมีความต้านทานมากกว่า 1010Ω·cm แต่ค่าการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงนั้นดี มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบของความต้านทาน ความต้านทานคือ 104Ω·cm ที่ 1,000 ° C, 1700 °C เมื่อมีค่าเพียง 6～7Ω·cm.
ตามการคำนวณในหลักการแรก ในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของ ZrO2 ระดับพลังงานการโคจรของอิเล็กตรอนของแถบวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าจะแตกต่างกันในจำนวนอิเล็กตรอนออร์บิทัลขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึก แถบวาเลนซ์ของ ZrO2 เต็มวง และแถบการนำไฟฟ้าก็เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งเช่นกัน ประสิทธิภาพของฉนวนอุณหภูมิห้องของ ZrO2 ส่วนใหญ่เกิดจากแบนด์วิดธ์ที่มากเกินไประหว่างแถบเวเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้า และเป็นไปไม่ได้ที่จะนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้อง . หลังจากยาสลบ ระดับพลังงานใหม่ (ระดับพลังงานผู้บริจาคหรือระดับพลังงานตัวรับ) สามารถเกิดขึ้นได้ในแถบต้องห้าม เพื่อให้ความกว้างของแถบต้องห้ามลดลง แต่ยังคงไม่มีการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้อง สาเหตุหลักมาจาก ZrO2 ในห้อง อุณหภูมิ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนต่ำเกินไป ดังนั้น ไม่ว่าจะเป็น ZrO2 ที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือ ZrO2 ที่มีสารเจือปน ทั้งคู่ก็มีคุณสมบัติเป็นฉนวนสูงที่อุณหภูมิห้อง
กลไกการนำไฟฟ้าหลักของ ZrO2 มาจากการย้ายตำแหน่งตำแหน่งว่างของออกซิเจน และค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความแตกต่างของความดันบางส่วนของออกซิเจน ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 800 °C การนำไฟฟ้าของ ZrO2 จะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และค่าการนำไฟฟ้าของ Zr02 จะเปลี่ยนเชิงเส้นตามอุณหภูมิ กล่าวคือ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใด ค่าการนำไฟฟ้าของ ZrO2 ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น
● การนำไฟฟ้าจะดีขึ้นอย่างไม่รู้จบหรือไม่
จะไม่! นักวิชาการชาวเยอรมัน GuoX ชี้ให้เห็นในการทบทวนว่าคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของ ZrO2 นั้นแตกต่างจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้าทางอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุ ZrO2 ที่นำไฟฟ้าด้วยไอออนสามารถบรรลุค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงสุดภายใต้สภาวะของความเข้มข้นของตำแหน่งว่างที่เหมาะสม ซึ่งสูงกว่าตำแหน่งว่างที่เหมาะสมที่สุด การเพิ่มตำแหน่งงานว่างมากขึ้นโดยพิจารณาจากความเข้มข้นจะส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าของไอออนลดลง ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของ ZrO2 ที่อุณหภูมิสูงจึงไม่สามารถเพิ่มได้อย่างไม่มีกำหนด ตัวอย่างเช่น การนำไอออนที่ลดลงของ ZrO2 โครงสร้างนาโนส่วนใหญ่เกิดจากอิทธิพลที่มากเกินไปของอินเทอร์เฟซภายใน ซึ่งทำให้การย้ายไอออนลดลง เนื่องจากชั้นประจุในอวกาศใน ZrO2 ที่เสถียรนั้นอยู่ที่ประมาณ 2.5 นาโนเมตร เฉพาะเมื่อขนาดของอนุภาคนาโนน้อยกว่า 5 นาโนเมตรเท่านั้นที่จะกำหนดทิศทางการย้ายอิเล็กตรอนที่เกิดจากผลกระทบของขนาดควอนตัม เห็นได้ชัดว่าสถานการณ์นี้เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผลในวงกว้าง
