Zirconia (ZRO₂) zelf is geen goede zuurstofiongeleider bij kamertemperatuur. Het wordt echter een goede geleider van zuurstofionen bij temperaturen boven 400 ° C vanwege de volgende redenen:

1. Defectvorming:

* Oxygen -vacatures: Pure zirkonia heeft een fluorietstructuur, waarbij zuurstofionen alle roosterplaatsen bezetten. Bij hoge temperaturen kunnen sommige zuurstofionen hun roosterposities verlaten, waardoor zuurstofvacatures ontstaan. Deze vacatures kunnen vervolgens worden opgevuld door andere zuurstofionen, waardoor zuurstofionengeleiding mogelijk wordt.

* doping: Zirkonia wordt meestal gedoteerd met andere metaaloxiden, zoals calciumoxide (CaO) of yttriumoxide (y₂o₃). Dit dopingproces introduceert defecten in het zirkonia -rooster, waardoor de concentratie van zuurstofvacatures wordt verhoogd.

2. Mobiliteit van zuurstofionen:

* Hoge temperatuur: Bij verhoogde temperaturen krijgen de zuurstofionen voldoende thermische energie om de activeringsenergiebarrière voor beweging in het rooster te overwinnen. Deze verhoogde mobiliteit zorgt voor een efficiëntere geleiding van zuurstofionen.

* Defectstructuur: De aanwezigheid van zuurstofvacatures vergemakkelijkt de beweging van zuurstofionen door locaties te bieden voor zuurstofionen om in te springen.

3. Zuurstofiongeleidingsmechanisme:

* vacature mechanisme: Zuurstofionen bewegen door te springen in aangrenzende zuurstofvacatures. De beweging van zuurstofionen wordt vergemakkelijkt door de aanwezigheid van vacatures en het toegepaste elektrische veld.

4. Invloed van doping:

* stabilisatie: Doping zirkonia met andere oxiden helpt de kubieke of tetragonale fase van zirkonia te stabiliseren, die een hogere zuurstofiongeleidbaarheid vertoont dan de monokliene fase.

* Defectconcentratie: Doping verhoogt de concentratie van zuurstofvacatures, waardoor de zuurstofiongeleidbaarheid verder wordt verbeterd.

Samenvattend:

Zirkonia wordt een goede zuurstofiongeleider bij hoge temperaturen door de vorming van zuurstofvacatures door doping en de verhoogde mobiliteit van zuurstofionen bij verhoogde temperaturen. Het vacature mechanisme vergemakkelijkt de beweging van zuurstofionen, waardoor zirkonia een cruciaal materiaal zijn voor toepassingen zoals brandstofcellen met vaste oxide (SOFC's).

Opmerking: De exacte temperatuur waarbij zirkonia een goede zuurstofiongeleider wordt, hangt af van het specifieke samenstelling en het dopingniveau van het zirkonia -materiaal.