زیرکونیا، همچنین به عنوان دی اکسید زیرکونیوم (ZrO2) شناخته می شود، خواص الکتریکی منحصر به فردی را نشان می دهد که بسته به ساختار کریستالی و مواد ناخالص آن متفاوت است. زیرکونیا در شکل خالص خود به طور کلی یک عایق در نظر گرفته می شود، به این معنی که الکتریسیته را به خوبی هدایت نمی کند. این به این دلیل است که ساختار کریستالی زیرکونیای خالص به شکل مکعب در دماهای بالا پایدار است و این ماده فاقد الکترونهای آزاد یا حاملهای بار متحرک مورد نیاز برای هدایت الکتریکی است.
رسانایی یون اکسیژن
با این حال، زیرکونیا میتواند در دماهای پایینتر، معمولاً در حدود 1170 درجه سانتیگراد، دچار تغییر فاز شود که منجر به ساختار بلوری چهارضلعی میشود. این تبدیل باعث ایجاد فضای خالی اکسیژن در شبکه می شود و جای خالی یون اکسیژن ایجاد می کند که می تواند به عنوان حامل بار عمل کند. این هدایت یون اکسیژن قابل توجه است و زیرکونیای نیمه تثبیت شده (PSZ) را به یک هادی یون اکسیژن شناخته شده تبدیل می کند. PSZ معمولاً به عنوان یک ماده الکترولیت در سلول های سوختی اکسید جامد (SOFCs) و حسگرهای اکسیژن استفاده می شود.
رسانایی الکترونیکی
جدای از رسانایی یون اکسیژن، زیرکونیا همچنین می تواند رسانایی الکترونیکی را هنگامی که مواد ناخالص خاصی به ساختار آن وارد می شود از خود نشان دهد. زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (YSZ)، که در آن اکسید ایتریم (Y2O3) به زیرکونیا اضافه می شود، یک مثال قابل توجه است. YSZ به طور گسترده ای به عنوان یک الکترولیت در سلول های سوختی با دمای بالا، مانند سلول های سوختی اکسید جامد استفاده می شود. افزودن ایتریم فاز مکعبی را در دمای اتاق تثبیت می کند و امکان هدایت یونی و الکترونیکی بالا را فراهم می کند.
به طور خلاصه، خواص الکتریکی زیرکونیا را می توان با وارد کردن مواد ناخالص یا با قرار دادن آن در شرایط خاص اصلاح کرد و در نتیجه درجات مختلف هدایت الکتریکی را به همراه داشت. توانایی کنترل هدایت آن، زیرکونیا را به یک ماده همه کاره با کاربرد در دستگاه های مختلف الکترونیکی و الکتروشیمیایی تبدیل می کند.
