Gốm sứ dẫn điện , vật liệu công nghiệp tiên tiến, nhờ vào những thay đổi trong cấu trúc của chúng, đóng vai trò như chất dẫn điện.
Bạn đang xem: Sứ có dẫn điện không
Ngoài các đặc tính vật lý nổi tiếng của vật liệu gốm - độ cứng, độ bền nén, độ giòn - còn có tính chất điện điện trở suất . Hầu hết các đồ gốm đều chống lại dòng điện , và vì lý do này, các vật liệu gốm như sứ theo truyền thống được chế tạo thành chất cách điện. Tuy nhiên, một số đồ gốm rất tuyệt vờivật dẫn điện. Hầu hết các dây dẫn này là gốm sứ tiên tiến, vật liệu hiện đại có đặc tính được thay đổi thông qua việc kiểm soát chính xác quá trình chế tạo chúng từ bột thành sản phẩm. Các thuộc tính và sản xuất gốm sứ tiên tiến được mô tả trong bài viết gốm sứ tiên tiến . Bài báo này đưa ra một khảo sát về các đặc tính và ứng dụng của một số loại gốm sứ dẫn điện cao cấp.
Nguyên nhân của điện trở suất trong hầu hết các đồ gốm được mô tả trong bài báo thành phần và tính chất gốm sứ . Theo mục đích của bài viết này, nguồn gốc của độ dẫn điện trong gốm sứ có thể được giải thích ngắn gọn. Tính dẫn điện trong gốm sứ, cũng như trong hầu hết các vật liệu, có hai loại: điện tử và ion.Dẫn điện là sự di chuyển của các electron tự do qua một vật liệu. Trong gốm, các liên kết ion giữ các nguyên tử lại với nhau không cho phép các điện tử tự do. Tuy nhiên, trong một số trường hợp các tạp chất có hóa trị khác nhau (nghĩa là sở hữu số lượng electron liên kết khác nhau) có thể được đưa vào vật liệu và những tạp chất này có thể đóng vai trò là chất cho hoặc chất nhận electron. Trong các trường hợp khác, kim loại chuyển tiếp hoặc các nguyên tố đất hiếm có hóa trị khác nhau có thể được đưa vào; những tạp chất này có thể đóng vai trò là trung tâm của các phân cực — các loại electron tạo ra các vùng phân cực cục bộ nhỏ khi chúng di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Gốm sứ dẫn điện tử được sử dụng làm điện trở, điện cực và các bộ phận đốt nóng.
Dẫn truyền ion bao gồm sự vận chuyển của các ion (nguyên tử mang điện tích dương hoặc âm) từ vị trí này sang vị trí khác thông qua các khuyết tật điểm được gọi là các chỗ trống trong mạng tinh thể. Ở nhiệt độ môi trường bình thường rất ít xảy ra hiện tượng nhảy ion, vì các nguyên tử ở trạng thái năng lượng tương đối thấp. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, các khoảng trống trở nên di động, và một số đồ gốm nhất định thể hiện điều được gọi là dẫn điện ion nhanh. Những đồ gốm này đặc biệt hữu ích trong cảm biến khí, pin nhiên liệu và pin.
Nhận quyền truy cập độc quyền vào nội dung từ Ấn bản đầu tiên năm 1768 của chúng tôi với đăng ký của bạn. Đăng ký ngay hôm nay
Điện trở và điện cực màng dày và màng mỏng
Các dây dẫn bằng gốm bán kim loại có độ dẫn điện cao nhất trong số tất cả các loại gốm siêu dẫn, trừ gốm siêu dẫn (mô tả bên dưới). Ví dụ về gốm sứ bán kim loại làoxit chì (PbO),ruthenium dioxide (RuO 2 ), bismuth ruthenate (Bi 2 Ru 2 O 7 ), và bismuth iridate (Bi 2 Ir 2 O 7 ). Giống như kim loại, những vật liệu này có dải năng lượng điện tử chồng lên nhau và do đó là chất dẫn điện tử tuyệt vời. Chúng được sử dụng làm “mực” cho các điện trở in lụa thành các vi mạch màng dày.Mực là chất dẫn và hạt men được nghiền thành bột được phân tán trong các chất hữu cơ thích hợp, mang lại các đặc tính dòng chảy cần thiết cho quá trình in lụa. Khi nung, các chất hữu cơ cháy hết khi men nung chảy. Bằng cách thay đổi số lượng hạt dẫn, có thể tạo ra sự thay đổi rộng rãi về điện trở của màng dày.
Gốm sứ dựa trên hỗn hợp oxit indium (In 2 O 3 ) và oxit thiếc (SnO 2 ) —được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử nhưoxit thiếc indium (ITO) —là chất dẫn điện tử vượt trội và chúng có thêm ưu điểm là trong suốt về mặt quang học. Dẫn và minh bạch phát sinh từ sự kết hợp của một lớn rộng vùng cấm và sự kết hợp của các nhà tài trợ đủ electron. Do đó, có một nồng độ điện tử tối ưu để tối đa hóa cả độ dẫn điện tử và truyền quang. ITO nhận thấy ứng dụng rộng rãi như các điện cực mỏng trong suốt cho pin mặt trời và cho các màn hình tinh thể lỏng, chẳng hạn như các điện cực được sử dụng trong màn hình máy tính xách tay. ITO cũng được sử dụng như một điện trở màng mỏng trong các mạch tích hợp . Đối với các ứng dụng này, nó được áp dụng bằng kỹ thuật lắng đọng màng mỏng và kỹ thuật quang khắc tiêu chuẩn .
Các yếu tố sưởi ấm
Công dụng lâu đời của gốm sứ dẫn điện là làm bộ phận sưởi ấm cho lò sưởi điện và lò nung bằng điện. Gốm dẫn điện đặc biệt hiệu quả ở nhiệt độ cao và trong môi trường ôxy hóa, nơi hợp kim kim loại chống ôxy hóa bị hỏng. Ví dụ về gốm điện cực và nhiệt độ sử dụng tối đa của chúng trong không khí được trình bày trongBảng 1. Mỗi vật liệu có một cơ chế dẫn điện riêng. Cacbua silic (SiC) thường là một chất bán dẫn; Tuy nhiên, nó là một chất dẫn điện tốt. Cả SiC vàchất khử molypden (MoSi 2 ) tạo thành các lớp bề mặt thủy tinh silica bảo vệ, bảo vệ chúng khỏi quá trình oxy hóa trong môi trường oxy hóa. MoSi 2 là một bán kim loại có độ dẫn điện cao. Lantan cromit (LaCr 2 O 4 ) là một chất dẫn polaron nhỏ; thay thế các ion kiềm thổ ( ví dụ, canxi hoặc Ca 2+ ) cho La 3+ dẫn đến tỷ lệ bằng nhau của Cr 3+ được chuyển thành Cr 4+ . Sự nhảy của các electron giữa hai trạng thái của ion Cr tạo ra độ dẫn điện cao, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.
| cacbua silic | SiC | 1.500 / 2.730 |
| molybdenum disilicide | MoSi2 | 1,800/3,270 |
| lanthanum chromite | LaCr2O4 | 1,800/3,270 |
| zirconia | ZrO2 | 2,200/3,630 |
Conduction in zirconia (ZrO2) is ionic, as opposed to the electronic conduction mechanisms described above. When zirconia is doped with Ca2+ or yttrium ions (Y3+), oxygen vacancies are produced. Above 600° C (1,100° F), oxygen ions (O2−) become mobile and fill these vacancies, and they are highly mobile at higher temperatures. Zirconia heating elements require a preheater to reach the 600° C threshold, but they can be used to achieve temperatures up to 2,000° C (3,600° F).
Xem thêm: Giải Bài Tập Vật Lý 9 Bài 2 : Điện Trở Của Dây Dẫn, Giải Sbt Vật Lí 9
Tin oxide (SnO2) has a very specific application as the preferred electrode for specialty glass-melting furnaces (as for optical glass). This application requires high conductivity and resistance to the corrosive elements in glass melts; in addition, corroded electrode material must not discolour the glass. Tin oxide is the only material that satisfies these criteria. Pure tin oxide is a wide band-gap semiconductor, but inherent oxygen deficiency plus the substitution of antimony ions for tin result in high conductivity.
Español Bahasa Indonesia român Türkçe português Italiano Deutsch tiếng việt Svenska ภาษาไทย български dansk