السيراميك موصل ، المواد الصناعية المتقدمة التي ، بسبب التعديلات في هيكلها ، بمثابة الموصلات الكهربائية.
بالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية المعروفة للمواد الخزفية - الصلابة وقوة الانضغاط والهشاشة - هناك خاصية المقاومة الكهربائية. تقاوم معظم السيراميك تدفق التيار الكهربائي ، ولهذا السبب تم تصنيع مواد السيراميك مثل الخزف بشكل تقليدي في عوازل كهربائية. بعض الخزف ، ومع ذلك ، هي موصلات ممتازة للكهرباء. معظم هذه الموصلات من السيراميك المتقدم ، والمواد الحديثة التي يتم تعديل خصائصها من خلال التحكم الدقيق في تصنيعها من المساحيق إلى المنتجات. يتم وصف خصائص وتصنيع الخزف المتقدم في مقالة الخزف المتقدم. تقدم هذه المقالة مسحًا لخصائص وتطبيقات العديد من السيراميك المتقدم الموصل كهربائيًا.
يتم وصف أسباب المقاومة في معظم السيراميك في مقال تكوين الخزف وخصائصه. لأغراض هذه المقالة ، يمكن شرح أصول الموصلية في السيراميك لفترة وجيزة. الموصلية الكهربائية في السيراميك ، كما هو الحال في معظم المواد ، من نوعين: إلكتروني وأيوني. التوصيل الإلكتروني هو مرور الإلكترونات الحرة عبر مادة. في السيراميك ، لا تسمح الروابط الأيونية التي تمسك الذرات ببعضها بإلكترونات حرة. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يمكن تضمين شوائب ذات تكافؤ مختلف (أي امتلاك أعداد مختلفة من الإلكترونات الرابطة) في المادة ، وقد تعمل هذه الشوائب كمتبرعين أو مستقبلين للإلكترونات. في حالات أخرى يمكن تضمين معادن انتقالية أو عناصر أرضية نادرة ذات تكافؤ متفاوت ؛ قد تعمل هذه الشوائب كمراكز للقطب - أنواع من الإلكترونات التي تخلق مناطق صغيرة من الاستقطاب المحلي أثناء انتقالها من الذرة إلى الذرة. يتم استخدام السيراميك الموصل إلكترونيًا كمقاومات وأقطاب كهربائية وعناصر تسخين.
يتكون التوصيل الأيوني من انتقال الأيونات (ذرات الشحنة الموجبة أو السالبة) من موقع إلى آخر عبر عيوب نقطة تسمى الشواغر في الشبكة البلورية. في درجات الحرارة المحيطة العادية ، يحدث القليل من قفز الأيونات ، حيث تكون الذرات في حالات طاقة منخفضة نسبيًا. ومع ذلك ، في درجات الحرارة المرتفعة ، تصبح الوظائف الشاغرة متحركة ، وتعرض بعض أنواع السيراميك ما يعرف بالتوصيل الأيوني السريع. هذه الخزف مفيدة بشكل خاص في أجهزة استشعار الغاز وخلايا الوقود والبطاريات.
المقاومات والأقطاب الكهربائية ذات الأغشية الرقيقة والرقيقة
الموصلات الخزفية شبه المعدنية لديها أعلى الموصلية لجميع السيراميك باستثناء الموصلية الفائقة (الموضحة أدناه). أمثلة من السيراميك شبه المعدني هي أكسيد الرصاص (PbO) ، وثاني أكسيد الروثينيوم (RuO 2) ، البزموت روثينات (Bi 2 Ru 2 O 7) ، وإزاحة البزموت (Bi 2 Ir 2 O 7). مثل المعادن ، تحتوي هذه المواد على نطاقات طاقة إلكترونية متداخلة وبالتالي فهي موصلات إلكترونية ممتازة. يتم استخدامها كـ "أحبار" لمقاومات طباعة الشاشة إلى دوائر دقيقة غشاء. الأحبار هي الموصلات المسحوقة وجزيئات التزجيج المنتشرة في المواد العضوية المناسبة ، والتي تنقل خصائص التدفق اللازمة لطباعة الشاشة. عند إطلاق النار ، تحترق المواد العضوية مع اندماج الزجاج. من خلال تغيير كمية جسيمات الموصل ، من الممكن إنتاج اختلافات واسعة في مقاومة الأغشية السميكة.
السيراميك القائم على مخاليط أكسيد الإنديوم (في 2 O 3) وأكسيد القصدير (SnO 2) - المُشار إليه في صناعة الإلكترونيات كأكسيد القصدير الإنديوم (ITO) - عبارة عن موصلات إلكترونية رائعة ، ولديها ميزة إضافية وهي الشفافية البصرية. تنشأ الموصلية والشفافية من مزيج من فجوة نطاق كبيرة ودمج مانحين إلكترونيين كافيين. وبالتالي هناك تركيز إلكتروني مثالي لتحقيق أقصى قدر من الموصلية الإلكترونية والإرسال البصري. يرى ITO تطبيقًا واسعًا كأقطاب كهربائية شفافة رفيعة للخلايا الشمسية ولشاشات الكريستال السائل مثل تلك المستخدمة في شاشات الكمبيوتر المحمول. يتم استخدام ITO أيضًا كمقاوم للأغشية الرقيقة في الدوائر المتكاملة. بالنسبة لهذه التطبيقات ، يتم تطبيقه من خلال تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة القياسية والطباعة الحجرية الضوئية.
