Cirkonij, znan tudi kot cirkonijev dioksid (ZrO2), ima edinstvene električne lastnosti, ki se razlikujejo glede na njegovo kristalno strukturo in dodatke. Cirkonij v svoji čisti obliki na splošno velja za izolator, kar pomeni, da slabo prevaja elektriko. To je zato, ker je kristalna struktura čistega cirkonijevega oksida stabilna v kubični obliki pri visokih temperaturah, material pa nima prostih elektronov ali mobilnih nosilcev naboja, potrebnih za električno prevodnost.
Prevodnost kisikovih ionov
Vendar pa je lahko cirkonij podvržen fazni transformaciji pri nižjih temperaturah, običajno okoli 1170 stopinj Celzija, kar vodi do tetragonalne kristalne strukture. Ta transformacija inducira prosta mesta kisika v rešetki, kar ustvarja prosta mesta kisikovih ionov, ki lahko delujejo kot nosilci naboja. Ta prevodnost kisikovih ionov je pomembna, zaradi česar je delno stabiliziran cirkonij (PSZ) dobro znan prevodnik kisikovih ionov. PSZ se pogosto uporablja kot elektrolitski material v gorivnih celicah s trdnim oksidom (SOFC) in senzorjih za kisik.
Elektronska prevodnost
Poleg prevodnosti kisikovih ionov lahko cirkonijev dioksid kaže tudi elektronsko prevodnost, če so v njegovo strukturo vnesene nekatere dopante. Z itrijem stabiliziran cirkonij (YSZ), kjer je cirkoniju dodan itrijev oksid (Y2O3), je pomemben primer. YSZ se pogosto uporablja kot elektrolit v visokotemperaturnih gorivnih celicah, kot so gorivne celice s trdnim oksidom. Dodatek itrija stabilizira kubično fazo pri sobni temperaturi, kar omogoča visoko ionsko in elektronsko prevodnost.
Če povzamemo, električne lastnosti cirkonijevega oksida je mogoče spremeniti z uvedbo dopantov ali z izpostavljanjem posebnim pogojem, kar ima za posledico različne stopnje električne prevodnosti. Zmožnost nadzora njegove prevodnosti naredi cirkonij vsestranski material z uporabo v različnih elektronskih in elektrokemičnih napravah.
