Hvordan zirconia bliver en iltionleder ved 400 graders Celsius?

Zirconia (Zro₂) i sig selv er ikke en god iltionleder ved stuetemperatur. Det bliver dog en god iltionleder ved temperaturer over 400 ° C på grund af følgende grunde:

1. Defektdannelse:

* ilt -ledige stillinger: Ren zirconia har en fluoritstruktur, hvor iltioner optager alle gitterpladser. Ved høje temperaturer kan nogle iltioner forlade deres gitterpositioner og skabe ilt -ledige stillinger. Disse ledige stillinger kan derefter udfyldes af andre iltioner, hvilket muliggør iltionsledning.

* Doping: Zirconia er normalt dopet med andre metaloxider, såsom calciumoxid (CAO) eller yttriumoxid (Y₂O₃). Denne dopingproces introducerer defekter i Zirconia -gitteret, hvilket øger koncentrationen af ​​ilt -ledige stillinger.

2. Oxygenion mobilitet:

* Høj temperatur: Ved forhøjede temperaturer får iltionerne nok termisk energi til at overvinde aktiveringsenergibarrieren til bevægelse inden for gitteret. Denne øgede mobilitet muliggør mere effektiv iltionsledning.

* defektstruktur: Tilstedeværelsen af ​​ilt -ledige stillinger letter oxygenionbevægelse ved at tilvejebringe steder til iltioner at hoppe ind i.

3. Oxygenion ledningsmekanisme:

* ledig mekanisme: Oxygenioner bevæger sig ved at hoppe ind i tilstødende ilt -ledige stillinger. Bevægelsen af ​​iltioner lettes ved tilstedeværelsen af ​​ledige stillinger og det anvendte elektriske felt.

4. Indflydelse af doping:

* stabilisering: Doping zirconia med andre oxider hjælper med at stabilisere den kubiske eller tetragonale fase af zirconia, der udviser højere iltionivitet end den monokliniske fase.

* defektkoncentration: Doping øger koncentrationen af ​​ilt -ledige stillinger, hvilket yderligere forbedrer ilt -ion -ledningsevnen.

Kortfattet:

Zirconia bliver en god iltionleder ved høje temperaturer på grund af dannelsen af ​​ilt -ledige stillinger gennem doping og den øgede mobilitet af iltioner ved forhøjede temperaturer. Den ledige mekanisme letter oxygenionbevægelse, hvilket gør zirconia til et afgørende materiale til anvendelser som faste oxidbrændselsceller (SOFC'er).

Bemærk: Den nøjagtige temperatur, hvormed zirconia bliver en god iltionleder, afhænger af det specifikke sammensætnings- og dopingniveau for zirconia -materialet.