Ceramica conduttiva
Ceramica conduttiva, materiali industriali avanzati che, a causa di modifiche nella loro struttura, fungono da conduttori elettrici.
Oltre alle ben note proprietà fisiche dei materiali ceramici-durezza, resistenza alla compressione, fragilità—esiste la proprietà della resistività elettrica. La maggior parte delle ceramiche resiste al flusso di corrente elettrica, e per questo motivo i materiali ceramici come la porcellana sono stati tradizionalmente trasformati in isolanti elettrici. Alcune ceramiche, tuttavia, sono eccellenti conduttori di elettricità. La maggior parte di questi conduttori sono ceramiche avanzate, materiali moderni le cui proprietà sono modificate attraverso un controllo preciso sulla loro fabbricazione da polveri in prodotti. Le proprietà e la produzione di ceramiche avanzate sono descritte nell’articolo ceramiche avanzate. Questo articolo offre un sondaggio delle proprietà e delle applicazioni di diverse ceramiche avanzate elettricamente conduttive.
Le cause della resistività nella maggior parte delle ceramiche sono descritte nell’articolo composizione e proprietà ceramiche. Ai fini di questo articolo, le origini della conduttività nella ceramica possono essere spiegate brevemente. La conduttività elettrica in ceramica, come nella maggior parte dei materiali, è di due tipi: elettronica e ionica. La conduzione elettronica è il passaggio di elettroni liberi attraverso un materiale. In ceramica i legami ionici che tengono insieme gli atomi non consentono elettroni liberi. Tuttavia, in alcuni casi nel materiale possono essere incluse impurità di diversa valenza (cioè che possiedono un numero diverso di elettroni di legame) e queste impurità possono agire come donatori o accettori di elettroni. In altri casi possono essere inclusi metalli di transizione o elementi di terre rare di diversa valenza; queste impurità possono fungere da centri per polaroni-specie di elettroni che creano piccole regioni di polarizzazione locale mentre si spostano da un atomo all’altro. Le ceramiche elettronicamente conduttive sono utilizzate come resistenze, elettrodi ed elementi riscaldanti.
La conduzione ionica consiste nel transito di ioni (atomi di carica positiva o negativa) da un sito all’altro attraverso difetti puntiformi chiamati posti vacanti nel reticolo cristallino. A temperature ambiente normali avviene molto poco salto di ioni, poiché gli atomi sono a stati di energia relativamente bassi. Ad alte temperature, tuttavia, i posti vacanti diventano mobili e alcune ceramiche presentano ciò che è noto come conduzione ionica veloce. Queste ceramiche sono particolarmente utili in sensori di gas, celle a combustibile e batterie.
