[科普中國]-氧離子導(dǎo)體

氧離子導(dǎo)體是指具有氧離子遷移特性的化合物。主要有兩種結(jié)構(gòu)類型：螢石型和鈣鈦礦型。螢石型化合物的通式為MO2，在摻雜二價或三價氧化物后，晶格內(nèi)出現(xiàn)氧離子空位，產(chǎn)生氧離子導(dǎo)電性。

簡介氧離子導(dǎo)體是指以氧為傳導(dǎo)離子的快離子導(dǎo)體1。

結(jié)構(gòu)原理它們大多是以立方螢石型結(jié)構(gòu)的氧化物為基，如二氧化鋯、二氧化鉿、二氧化釷、二氧化鍺等。經(jīng)過異價離子置換形成的具有氧缺位的固溶體，其中又以二氧化鋯基固溶體研究得最多。

二氧化鋯分類二氧化鋯基的固溶體一般分為兩類：一類是以二價離子置換Zr，另一類是以三價離子置換Zr，它們在800-1000攝氏度有較高的氧離子電導(dǎo)率1。

用途這類氧離子導(dǎo)體有廣泛的用途。如高溫燃料電池的固體電解質(zhì)，還可用以制造鋼水定氧、鍋爐廢氣監(jiān)控以及汽車尾氣監(jiān)控的氧傳感器等。

優(yōu)缺點(diǎn)二氧化鍺基固溶體的電導(dǎo)率較二氧化鋯基固溶體稍高，缺點(diǎn)是在還原氣氛中易被還原成三氧化二鍺，產(chǎn)生電子電導(dǎo)。此外，三氧化二鉍基固溶體也是一類氧離子導(dǎo)體，它們是在三氧化二鉍中添加二價、三價、五價或六價的金屬氧化物形成的。其中有些材料的電導(dǎo)率可比二氧化鍺基固溶體高一個數(shù)量級，但它們在低氧分壓下會部分還原為金屬鉍，只能在一定的氧分壓范圍內(nèi)應(yīng)用2。

類型主要有兩種結(jié)構(gòu)類型：螢石型和鈣鈦礦型。螢石型化合物的通式為MO2，在摻雜二價或三價氧化物后，晶格內(nèi)出現(xiàn)氧離子空位，產(chǎn)生氧離子導(dǎo)電性。除ZrO2基和ThO2基固溶體外，尚有CeO2基和Bi2O3基固溶體，在高溫時有比ZrO2基固溶體更高的電導(dǎo)率，但在還原氣氛下易被還原。鈣鈦礦型氧離子導(dǎo)體為摻雜ABO3型化合物，氧離子電導(dǎo)率和離子遷移數(shù)皆較ZrO2基固溶體低3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃倫先 - 副教授 - 西南大學(xué)