(Phys.org) -Zirkonia is al lang favoriet vanwege het gebruik in kostuumjuwelen. wetenschappelijk bekend als yttria-gestabiliseerd zirkoniumoxide, het is ook een bekende geleider van zuurstof, waardoor het bruikbaar is als elektrolyt in brandstofcellen met vaste oxide.

Onderzoekers van de Universiteit van Delaware hebben het materiaal onlangs gefabriceerd tot zeer dunne films op het oppervlak van saffierkristallen met behulp van een techniek die sputteren wordt genoemd om te bepalen of de geleidbaarheid voor zuurstof kan worden verbeterd. waardoor vaste-oxidebrandstofcellen een zuiniger en efficiëntere elektrische energiebron kunnen worden.

In hun studie hebben Joshua Hertz en zijn team onderzochten het effect van het verminderen van de dikte van het met yttriumoxide gestabiliseerde zirkoniumoxide tot ongeveer 6 nanometer - ongeveer 20 atomen dik.

Het onderzoeksteam ontdekte dat een gevolg van het zo dun maken van het materiaal is dat de afstand tussen de atomen groter wordt, uitrekken tot ongeveer 2 procent.

"Dit klinkt misschien als een klein bedrag, maar het vertegenwoordigt een zeer groot effect voor dit materiaal, die, zoals de meeste keramiek, rekt niet gemakkelijk uit, " legde Hertz uit, universitair docent werktuigbouwkunde.

Belangrijker, het uitrekken verhoogde de zuurstofgeleidbaarheid van het materiaal met een factor 10.

Deze verbeterde geleidbaarheid kan de deur openen voor efficiëntere en duurzamere elektrochemische apparaten in vaste toestand, zoals vaste-oxidebrandstofcellen en zuurstofsensoren die bij lagere temperaturen kunnen werken.

Het team rapporteerde hun bevindingen in Technische Natuurkunde Brieven , een wetenschappelijk tijdschrift met grote impact. Het artikel is getiteld "Verbeterde ionische geleidbaarheid in gespannen yttria-gestabiliseerde dunne films van zirconiumoxide."

"We zijn van mening dat vergelijkbare methoden van nut kunnen zijn voor batterijen en andere apparaten die verschillende vaste elektrolytmaterialen gebruiken, ", voegde de hoofdauteur van het artikel Jun Jiang toe, een UD-promovendus die materiaalwetenschappen en techniek studeert.