Gốm dẫn điện, vật liệu công nghiệp tiên tiến, nhờ sửa đổi cấu trúc của chúng, đóng vai trò là chất dẫn điện.
Ngoài các tính chất vật lý nổi tiếng của vật liệu gốm, độ cứng, cường độ nén, độ giòn, còn có đặc tính của điện trở suất. Hầu hết các đồ gốm đều chống lại dòng điện, và vì lý do này, các vật liệu gốm như sứ thường được chế tạo thành các chất cách điện. Một số đồ gốm, tuy nhiên, là chất dẫn điện tuyệt vời. Hầu hết các dây dẫn này là gốm sứ tiên tiến, vật liệu hiện đại có tính chất được sửa đổi thông qua kiểm soát chính xác chế tạo của chúng từ bột thành sản phẩm. Các tính chất và sản xuất gốm sứ tiên tiến được mô tả trong bài viết gốm sứ tiên tiến. Bài viết này cung cấp một cuộc khảo sát về các tính chất và ứng dụng của một số đồ gốm tiên tiến dẫn điện.
Các nguyên nhân của điện trở suất trong hầu hết các đồ gốm được mô tả trong bài viết thành phần và tính chất gốm. Đối với mục đích của bài viết này, nguồn gốc của độ dẫn trong gốm có thể được giải thích ngắn gọn. Độ dẫn điện trong gốm, như trong hầu hết các vật liệu, có hai loại: điện tử và ion. Dẫn điện tử là sự đi qua của các electron tự do thông qua một vật liệu. Trong gốm, các liên kết ion giữ các nguyên tử lại với nhau không cho phép các electron tự do. Tuy nhiên, trong một số trường hợp tạp chất có hóa trị khác nhau (nghĩa là sở hữu số lượng electron liên kết khác nhau) có thể được đưa vào vật liệu, và các tạp chất này có thể đóng vai trò là người cho hoặc người nhận electron. Trong các trường hợp khác, kim loại chuyển tiếp hoặc các nguyên tố đất hiếm có hóa trị khác nhau có thể được bao gồm; những tạp chất này có thể đóng vai trò là trung tâm của các loại electron electron neutron tạo ra các vùng phân cực nhỏ khi chúng chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Gốm dẫn điện tử được sử dụng làm điện trở, điện cực và các yếu tố làm nóng.
Sự dẫn ion bao gồm sự vận chuyển các ion (nguyên tử mang điện tích dương hoặc âm) từ vị trí này sang vị trí khác thông qua các khuyết điểm được gọi là vị trí trống trong mạng tinh thể. Ở nhiệt độ môi trường bình thường rất ít xảy ra hiện tượng nhảy ion, vì các nguyên tử ở trạng thái năng lượng tương đối thấp. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, vị trí tuyển dụng trở nên di động và một số đồ gốm sứ thể hiện cái được gọi là dẫn ion nhanh. Những đồ gốm sứ này đặc biệt hữu ích trong các cảm biến khí, pin nhiên liệu và pin.
Điện trở và điện cực màng mỏng và màng mỏng
Dây dẫn gốm semimetallic có độ dẫn cao nhất trong số tất cả trừ gốm siêu dẫn (mô tả dưới đây). Ví dụ về gốm semimetallic là chì oxit (PbO), ruthenium dioxide (RuO 2), bismuth ruthenate (Bi 2 Ru 2 O 7) và bismuth iridate (Bi 2 Ir 2 O 7). Giống như kim loại, các vật liệu này có các dải năng lượng điện tử chồng chéo và do đó là chất dẫn điện tử tuyệt vời. Chúng được sử dụng như một loại mực in dùng cho các điện trở in màn hình thành các vi mạch phim dày. Mực là chất dẫn điện nghiền và các hạt men phân tán trong các chất hữu cơ phù hợp, giúp truyền các đặc tính dòng chảy cần thiết cho in ấn màn hình. Khi bắn, các chất hữu cơ cháy hết khi cầu chì men. Bằng cách thay đổi số lượng hạt dẫn, có thể tạo ra các biến thể rộng trong điện trở của màng dày.
Gốm sứ dựa trên hỗn hợp của oxit indi (Trong 2 O 3) và oxit thiếc (SnO 2) Được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử như các dây dẫn điện tử nổi bật của indi thiếc oxit (ITO), và chúng có thêm tính chất trong suốt về mặt quang học. Độ dẫn điện và độ trong suốt phát sinh từ sự kết hợp của một khoảng cách dải lớn và sự kết hợp của các nhà tài trợ điện tử đủ. Do đó, có một nồng độ electron tối ưu để tối đa hóa cả độ dẫn điện và truyền quang. ITO thấy ứng dụng rộng rãi như các điện cực trong suốt mỏng cho pin mặt trời và cho màn hình tinh thể lỏng như các điện cực được sử dụng trong màn hình máy tính xách tay. ITO cũng được sử dụng như một điện trở màng mỏng trong các mạch tích hợp. Đối với các ứng dụng này, nó được áp dụng bởi kỹ thuật lắng đọng màng mỏng và kỹ thuật quang khắc tiêu chuẩn.
