(Phys.org) —Cubic zirconia har länge gynnats för dess användning i kostymsmycken. Känd vetenskapligt som yttria-stabiliserad zirkoniumoxid, det är också en känd ledare av syre, vilket gör den användbar som elektrolyt i bränsleceller med fast oxid.

Forskare vid University of Delaware tillverkade nyligen materialet till mycket tunna filmer på ytan av safirkristaller med hjälp av en teknik som kallas sputtering för att avgöra om konduktiviteten för syre kan förbättras, gör det möjligt för fastoxidbränsleceller att bli en mer ekonomisk och effektiv elektrisk kraftkälla.

I deras studie, Joshua Hertz och hans team undersökte effekten av att minska tjockleken på den yttriastabiliserade zirkoniumoxiden till cirka 6 nanometer - ungefär 20 atomer tjock.

Forskargruppen fann att en konsekvens av att göra materialet så tunt är att avståndet mellan atomerna ökar, sträcker sig så mycket som ungefär 2 procent.

"Det här kan låta som en liten summa, men det representerar en mycket stor effekt för detta material, som, som de flesta keramik, sträcker sig inte lätt, " förklarade Hertz, biträdande professor i maskinteknik.

Mer viktigt, sträckningen ökade materialets syreledningsförmåga med en faktor 10.

Denna förbättrade konduktivitet kan öppna dörren för mer effektiva och hållbara elektrokemiska enheter i fast tillstånd som bränsleceller med fast oxid och syresensorer som kan arbeta vid reducerade temperaturer.

Teamet rapporterade sina resultat i Bokstäver i tillämpad fysik , en vetenskaplig tidskrift med stor genomslagskraft. Uppsatsen har titeln "Förbättrad jonkonduktivitet i spända yttriumoxidstabiliserade tunna filmer av zirkoniumoxid."

"Vi tror att liknande metoder kan vara användbara för batterier och andra enheter som använder olika fasta elektrolytmaterial, " tillade tidningens huvudförfattare Jun Jiang, en UD-doktorand som studerar materialvetenskap och teknik.