[科普中国]-离子导电陶瓷

离子导电陶瓷是指由离子沿电场方向运动而产生高电导率的陶瓷。按导电离子的种类可分为阳离子导电陶瓷和阴离子导电陶瓷两大类。

简介离子导电陶瓷是指由离子沿电场方向运动而产生高电导率的陶瓷。按导电离子的种类可分为阳离子导电陶瓷和阴离子导电陶瓷两大类。用Ca、Mg、Y等低价碱土金属、稀土金属离子掺杂的ZrO2陶瓷是典型的阴离子导电陶瓷1。

类型它是萤石型(CaF2)结构的氧离子导体。在结构中产生大量的氧离子空位，在电场作用下，氧离子可通过氧空位扩散而导电。属于萤石型结构的氧离子导体还有ThO2基固溶体、氧化铈基固溶体、氧化铪基固溶体以及氧化铋基固溶体，与萤石型结构的氧化物相似，钙钛矿”型结构的氧化物ABO3(A=R或R,B=R或R)中的A或B被低价阳离子部分取代时，为了保持电中性、也会产生氧离子空位，从而出现氧离子传导。主要有LaAlO3、CaTiO3、SrTiO3为基的三个系统。但CaF2型结构的晶胞中心有很大空隙，有利于O离子的迁移，所以氧离子传导性质优于钙钛矿型结构。

应用此外，还有萤石型结构和氟铈矿结构的氟离子导体。掺杂低价碱：土金属和稀士金属的氧离子导电的ZrO2基陶瓷研究得最早，可用作高温燃料电池隔膜，磁流体发电通道用电极材料、氧化气氛下高温（>1800摄氏度 )的发热元件、氧敏感材料等。用稳定氧化锆制成的氧分析器、氧敏感元件具有工作温度范围宽、测量范围广、响应快、精度高、结构简单优点，广泛用作烟道测氧，钢水定氧及热处理炉气氛控制等。β- Al2O3和β"-Al2O3是一类具有代表性的阳离子导电陶瓷，主要用作高能量密度的一次电池隔膜，还可用作提纯金属钢、制纯碱、钠探测器等。属于阳离子导电陶瓷还有锂离子导电陶瓷、银、铜离子导电陶瓷、氢离子导电陶瓷等2。

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学