Céramiques conductrices
Céramiques conductrices, matériaux industriels avancés qui, en raison de modifications de leur structure, servent de conducteurs électriques.
Outre les propriétés physiques bien connues des matériaux céramiques — dureté, résistance à la compression, fragilité — il existe la propriété de résistivité électrique. La plupart des céramiques résistent à l’écoulement du courant électrique, et pour cette raison, les matériaux céramiques tels que la porcelaine ont traditionnellement été transformés en isolants électriques. Certaines céramiques, cependant, sont d’excellents conducteurs d’électricité. La plupart de ces conducteurs sont des céramiques avancées, des matériaux modernes dont les propriétés sont modifiées par un contrôle précis de leur fabrication à partir de poudres en produits. Les propriétés et la fabrication des céramiques avancées sont décrites dans l’article céramiques avancées. Cet article propose une étude des propriétés et des applications de plusieurs céramiques avancées électriquement conductrices.
Les causes de la résistivité dans la plupart des céramiques sont décrites dans l’article composition et propriétés de la céramique. Pour les besoins de cet article, les origines de la conductivité en céramique peuvent être expliquées brièvement. La conductivité électrique en céramique, comme dans la plupart des matériaux, est de deux types: électronique et ionique. La conduction électronique est le passage d’électrons libres à travers un matériau. En céramique, les liaisons ioniques qui maintiennent les atomes ensemble ne permettent pas d’électrons libres. Cependant, dans certains cas, des impuretés de valence différente (c’est-à-dire possédant un nombre différent d’électrons de liaison) peuvent être incluses dans le matériau, et ces impuretés peuvent agir comme donneurs ou accepteurs d’électrons. Dans d’autres cas, des métaux de transition ou des éléments de terres rares de valence variable peuvent être inclus; ces impuretés peuvent agir comme des centres pour les polarons – espèces d’électrons qui créent de petites régions de polarisation locale lorsqu’elles se déplacent d’un atome à l’autre. Les céramiques électroniquement conductrices sont utilisées comme résistances, électrodes et éléments chauffants.
La conduction ionique consiste en le transit d’ions (atomes de charge positive ou négative) d’un site à un autre via des défauts ponctuels appelés lacunes dans le réseau cristallin. À des températures ambiantes normales, il y a très peu de sauts d’ions, car les atomes sont à des états d’énergie relativement faibles. À des températures élevées, cependant, les lacunes deviennent mobiles et certaines céramiques présentent ce que l’on appelle une conduction ionique rapide. Ces céramiques sont particulièrement utiles dans les capteurs de gaz, les piles à combustible et les batteries.
