1. Formación de defectos:
* vacantes de oxígeno: La circonia pura tiene una estructura de fluorita, donde los iones de oxígeno ocupan todos los sitios de celosía. A altas temperaturas, algunos iones de oxígeno pueden dejar sus posiciones de red, creando vacantes de oxígeno. Estas vacantes pueden llenarse por otros iones de oxígeno, lo que permite la conducción de iones de oxígeno.
* Doping: La circonia generalmente está dopada con otros óxidos metálicos, como el óxido de calcio (CAO) o el óxido de ytrio (y₂o₃). Este proceso de dopaje introduce defectos en la red de circonio, aumentando la concentración de vacantes de oxígeno.
2. Movilidad de iones de oxígeno:
* Alta temperatura: A temperaturas elevadas, los iones de oxígeno ganan suficiente energía térmica para superar la barrera de energía de activación para el movimiento dentro de la red. Esta mayor movilidad permite una conducción de iones de oxígeno más eficiente.
* Estructura de defectos: La presencia de vacantes de oxígeno facilita el movimiento de iones de oxígeno al proporcionar sitios para que los iones de oxígeno se suban.
3. Mecanismo de conducción de iones de oxígeno:
* Mecanismo de vacante: Los iones de oxígeno se mueven saltando a vacantes de oxígeno adyacentes. El movimiento de los iones de oxígeno se ve facilitado por la presencia de vacantes y el campo eléctrico aplicado.
4. Influencia del dopaje:
* Estabilización: La circonia dopante con otros óxidos ayuda a estabilizar la fase cúbica o tetragonal de la circonia, que exhibe una mayor conductividad de iones de oxígeno que la fase monoclínica.
* Concentración de defectos: El dopaje aumenta la concentración de vacantes de oxígeno, mejorando aún más la conductividad de iones de oxígeno.
En resumen:
La circonia se convierte en un buen conductor de iones de oxígeno a altas temperaturas debido a la formación de vacantes de oxígeno a través del dopaje y el aumento de la movilidad de los iones de oxígeno a temperaturas elevadas. El mecanismo de vacante facilita el movimiento de iones de oxígeno, lo que hace que la circonia sea un material crucial para aplicaciones como celdas de combustible de óxido sólido (SOFC).
nota: La temperatura exacta a la que la circonia se convierte en un buen conductor de iones de oxígeno depende de la composición específica y el nivel de dopaje del material de circonio.
