A própria zircônia (ZRO₂) não é um bom condutor de íons de oxigênio à temperatura ambiente. No entanto, torna -se um bom condutor de íons de oxigênio a temperaturas acima de 400 ° C devido aos seguintes motivos:
1. Formação de defeitos: *
vagas de oxigênio: A zircônia pura possui uma estrutura de fluorita, onde os íons oxigênio ocupam todos os locais da rede. Em altas temperaturas, alguns íons de oxigênio podem deixar suas posições de treliça, criando vagas de oxigênio. Essas vagas podem então ser preenchidas por outros íons de oxigênio, permitindo a condução de íons de oxigênio.
*
Doping: A zircônia é geralmente dopada com outros óxidos metálicos, como óxido de cálcio (CaO) ou óxido de yttria (y₂o₃). Este processo de doping introduz defeitos na rede de zircônia, aumentando a concentração de vagas de oxigênio.
2. Mobilidade de íons de oxigênio: *
Alta temperatura: Em temperaturas elevadas, os íons de oxigênio ganham energia térmica suficiente para superar a barreira de energia de ativação para o movimento dentro da rede. Esse aumento da mobilidade permite uma condução de íons de oxigênio mais eficiente.
*
Estrutura de defeito: A presença de vagas de oxigênio facilita o movimento de íons de oxigênio, fornecendo locais para os íons de oxigênio entrarem.
3. Mecanismo de condução de íons de oxigênio: *
mecanismo de vaga: Os íons oxigênio se movem entrando nas vagas de oxigênio adjacentes. O movimento dos íons de oxigênio é facilitado pela presença de vagas e pelo campo elétrico aplicado.
4. Influência do doping: * estabilização
: A zircônia doping com outros óxidos ajuda a estabilizar a fase cúbica ou tetragonal da zircônia, que exibe maior condutividade de íons de oxigênio do que a fase monoclínica.
*
Concentração de defeito: O doping aumenta a concentração de vagas de oxigênio, aumentando ainda mais a condutividade do íons de oxigênio.
em resumo: A zircônia se torna um bom condutor de íons de oxigênio em altas temperaturas devido à formação de vagas de oxigênio através do doping e ao aumento da mobilidade de íons de oxigênio a temperaturas elevadas. O mecanismo de vaga facilita o movimento do íons de oxigênio, tornando a zircônia um material crucial para aplicações como células de combustível de óxido sólido (SOFCs).
Nota: A temperatura exata na qual a zircônia se torna um bom condutor de íons de oxigênio depende da composição específica e do nível de doping do material de zircônia.
