La zirconio, nota anche come biossido di zirconio (ZrO2), presenta proprietà elettriche uniche che variano a seconda della sua struttura cristallina e dei droganti. Nella sua forma pura, la zirconia è generalmente considerata un isolante, il che significa che non conduce bene l'elettricità. Questo perché la struttura cristallina della zirconia pura è stabile in forma cubica alle alte temperature e il materiale è privo di elettroni liberi o portatori di carica mobili necessari per la conduttività elettrica.
Conduttività degli ioni di ossigeno
Tuttavia, la zirconia può subire una trasformazione di fase a temperature più basse, tipicamente intorno a 1.170 gradi Celsius, portando ad una struttura cristallina tetragonale. Questa trasformazione induce posti vacanti di ossigeno nel reticolo, creando posti vacanti di ioni di ossigeno che possono agire come portatori di carica. Questa conduttività degli ioni di ossigeno è significativa e rende la zirconia parzialmente stabilizzata (PSZ) un noto conduttore di ioni di ossigeno. PSZ è comunemente usato come materiale elettrolitico nelle celle a combustibile a ossido solido (SOFC) e nei sensori di ossigeno.
Conduttività elettronica
Oltre alla conduttività degli ioni di ossigeno, la zirconia può anche mostrare conduttività elettronica quando nella sua struttura vengono introdotti determinati droganti. La zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ), dove l'ossido di ittrio (Y2O3) viene aggiunto alla zirconia, è un esempio notevole. YSZ è ampiamente utilizzato come elettrolita nelle celle a combustibile ad alta temperatura, come le celle a combustibile a ossido solido. L'aggiunta di ittrio stabilizza la fase cubica a temperatura ambiente, consentendo un'elevata conduttività ionica ed elettronica.
In sintesi, le proprietà elettriche della zirconia possono essere modificate introducendo droganti o sottoponendola a condizioni specifiche, risultando in diversi gradi di conduttività elettrica. La capacità di controllarne la conduttività rende la zirconia un materiale versatile con applicazioni in vari dispositivi elettronici ed elettrochimici.
