1. 결함 형성 :
* 산소 공석 : 순수 지르코니아는 불소 구조를 가지고 있으며, 여기서 산소 이온은 모든 격자 부위를 차지합니다. 고온에서 일부 산소 이온은 격자 위치를 떠나 산소 공석을 만듭니다. 그런 다음 이러한 공석은 다른 산소 이온에 의해 채워져 산소 이온 전도를 가능하게합니다.
* 도핑 : 지르코니아는 일반적으로 산화 칼슘 (CAO) 또는 YTTRIUM OXIDE (YALOI)와 같은 다른 금속 산화물로 도핑됩니다. 이 도핑 과정은 지르코니아 격자의 결함을 도입하여 산소 공석의 농도를 증가시킵니다.
2. 산소 이온 이동성 :
* 고온 : 온도가 상승 할 때, 산소 이온은 격자 내에서의 움직임을위한 활성화 에너지 장벽을 극복하기에 충분한 열 에너지를 얻는다. 이러한 증가 된 이동성은보다 효율적인 산소 이온 전도를 허용합니다.
* 결함 구조 : 산소 공석의 존재는 산소 이온을위한 부위를 제공함으로써 산소 이온 운동을 용이하게한다.
3. 산소 이온 전도 메커니즘 :
* 공석 메커니즘 : 산소 이온은 인접한 산소 공석으로 이동하여 움직입니다. 산소 이온의 움직임은 공석과 적용된 전기장의 존재에 의해 촉진된다.
4. 도핑의 영향 :
* 안정화 : 다른 산화물과 도핑 지르코니아는 지르코니아의 입방 또는 정사상을 안정화시키는 데 도움이되며, 이는 단일 클린 성 상보다 더 높은 산소 이온 전도도를 나타냅니다.
* 결함 농도 : 도핑은 산소 공석의 농도를 증가시켜 산소 이온 전도도를 더욱 향상시킵니다.
요약 :
지르코니아는 도핑을 통한 산소 공석의 형성과 높은 온도에서 산소 이온의 이동성 증가로 인해 고온에서 좋은 산소 이온 도체가된다. 공석 메커니즘은 산소 이온 운동을 촉진하여 지르코니아를 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)와 같은 응용 분야의 중요한 물질로 만듭니다.
참고 : 지르코니아가 좋은 산소 이온 도체가되는 정확한 온도는 지르코니아 물질의 특정 조성 및 도핑 수준에 의존합니다.
