1. Formation des défauts:
* Vacancies d'oxygène: La zircone pure a une structure de fluorite, où les ions oxygène occupent tous les sites de réseau. À des températures élevées, certains ions d'oxygène peuvent quitter leurs positions de réseau, créant des postes vacants en oxygène. Ces postes vacants peuvent ensuite être remplies par d'autres ions d'oxygène, permettant une conduction d'ions oxygène.
* doping: La zircone est généralement dopée avec d'autres oxydes métalliques, tels que l'oxyde de calcium (CaO) ou l'oxyde d'yttrium (Y₂o₃). Ce processus de dopage introduit des défauts dans le réseau de zircone, augmentant la concentration des lacunes en oxygène.
2. Mobilité des ions d'oxygène:
* Température élevée: À des températures élevées, les ions d'oxygène gagnent suffisamment d'énergie thermique pour surmonter la barrière d'énergie d'activation pour le mouvement dans le réseau. Cette mobilité accrue permet une conduction plus efficace en ions d'oxygène.
* Structure des défauts: La présence de postes vacants en oxygène facilite le mouvement des ions oxygène en fournissant des sites pour les ions d'oxygène.
3. Mécanisme de conduction de l'ion oxygène:
* Mécanisme de vacance: Les ions d'oxygène se déplacent en sautant dans les lacunes d'oxygène adjacentes. Le mouvement des ions d'oxygène est facilité par la présence de postes vacants et le champ électrique appliqué.
4. Influence du dopage:
* Stabilisation: Le dopage de la zircone avec d'autres oxydes aide à stabiliser la phase cubique ou tétragonale de la zircone, qui présente une conductivité ionique d'oxygène plus élevée que la phase monoclinique.
* Concentration des défauts: Le dopage augmente la concentration des lacunes d'oxygène, améliorant encore la conductivité des ions oxygène.
en résumé:
La zircone devient un bon conducteur d'ions oxygène à des températures élevées en raison de la formation de postes vacants en oxygène par le dopage et de la mobilité accrue des ions oxygène à des températures élevées. Le mécanisme de vacance facilite le mouvement des ions d'oxygène, faisant de la zircone un matériau crucial pour des applications telles que les piles à combustible à oxyde solide (SOFC).
Remarque: La température exacte à laquelle la zircone devient un bon conducteur d'ion oxygène dépend de la composition spécifique et du niveau de dopage du matériau de zircone.
