1. Defektbildning:
* Syre -lediga platser: Pure Zirconia har en fluoritstruktur, där syrejoner upptar alla gitterplatser. Vid höga temperaturer kan vissa syrejoner lämna sina gitterpositioner och skapa syre -lediga platser. Dessa lediga platser kan sedan fyllas av andra syrejoner, vilket möjliggör syrejonledning.
* doping: Zirkonium är vanligtvis dopat med andra metalloxider, såsom kalciumoxid (CaO) eller yttriumoxid (Y₂O₃). Denna dopningsprocess introducerar defekter i zirkoniumgitteret, vilket ökar koncentrationen av syre -lediga platser.
2. Syrejonens rörlighet:
* Hög temperatur: Vid förhöjda temperaturer får syrejonerna tillräckligt med termisk energi för att övervinna aktiveringsenergibarriären för rörelse inom gitteret. Denna ökade rörlighet möjliggör effektivare syrejonledning.
* defektstruktur: Närvaron av syre -vakanser underlättar syrejonrörelsen genom att tillhandahålla platser för syrejoner att hoppa in.
3. Syrejonledningsmekanism:
* Vakansmekanism: Syrejoner rör sig genom att hoppa till angränsande syre -lediga platser. Rörelsen av syrejoner underlättas av närvaron av lediga platser och det applicerade elektriska fältet.
4. Påverkan av doping:
* Stabilisering: Doping zirkoniume med andra oxider hjälper till att stabilisera den kubiska eller tetragonala fasen av zirkonium, som uppvisar högre syrejonkonduktivitet än den monokliniska fasen.
* defektkoncentration: Doping ökar koncentrationen av syre -vakanser, vilket ytterligare förbättrar syrejonkonduktiviteten.
Sammanfattningsvis:
Zirkoniet blir en god syrejonledare vid höga temperaturer på grund av bildandet av syre -vakanser genom doping och den ökade rörligheten hos syrejoner vid förhöjda temperaturer. Vakansmekanismen underlättar syrejonrörelsen, vilket gör zirkoniume till ett avgörande material för applikationer som fasta oxidbränsleceller (SOFC).
Obs: Den exakta temperaturen vid vilken zirkoniet blir en god syrejonledare beror på den specifika sammansättningen och dopingnivån för zirkoniummaterialet.
