Vodivá keramika, moderní průmyslové materiály, které vzhledem ke změnám v jejich struktuře slouží jako elektrické vodiče.
Kromě dobře známých fyzikálních vlastností keramických materiálů - tvrdosti, pevnosti v tlaku, křehkosti - existuje i vlastnost elektrického odporu. Většina keramiky odolává toku elektrického proudu, a proto se z keramických materiálů, jako je porcelán, tradičně vyrábějí elektrické izolátory. Některé keramiky jsou však vynikajícími vodiči elektřiny. Většina z těchto vodičů jsou moderní keramika, moderní materiály, jejichž vlastnosti jsou modifikovány přesnou kontrolou jejich výroby z prášků na výrobky. Vlastnosti a výroba pokročilé keramiky jsou popsány v článku pokročilá keramika. Tento článek nabízí přehled vlastností a aplikací několika elektricky vodivých vyspělých keramik.
Příčiny rezistence u většiny keramik jsou popsány v keramické kompozici a vlastnostech předmětu. Pro účely tohoto článku lze stručně vysvětlit původ vodivosti v keramice. Elektrická vodivost v keramice, stejně jako ve většině materiálů, je dvou typů: elektronická a iontová. Elektronické vedení je průchod volných elektronů materiálem. V keramice iontové vazby, které drží atomy dohromady, neumožňují volné elektrony. V některých případech však mohou být v materiálu obsaženy nečistoty různé valence (to znamená, že mají různé počty vazebných elektronů) a tyto nečistoty mohou působit jako dárci nebo akceptoři elektronů. V jiných případech mohou být zahrnuty přechodné kovy nebo prvky vzácných zemin různé valence; tyto nečistoty mohou působit jako centra pro polarony - druhy elektronů, které vytvářejí malé oblasti lokální polarizace, když se pohybují z atomu na atom. Elektronicky vodivá keramika se používá jako odpory, elektrody a topné články.
Iontové vedení spočívá v přenosu iontů (atomů kladného nebo záporného náboje) z jednoho místa na druhé prostřednictvím bodových defektů nazývaných volné pozice v krystalové mřížce. Při normálních okolních teplotách dochází k velmi malému přeskakování iontů, protože atomy jsou v relativně nízkých energetických stavech. Při vysokých teplotách se však uvolňují pracovní místa a určitá keramika vykazuje tzv. Rychlé iontové vedení. Tyto keramiky jsou zvláště užitečné v plynových senzorech, palivových článcích a bateriích.
Silné a tenkovrstvé rezistory a elektrody
Semimetalické keramické vodiče mají nejvyšší vodivost ze všech kromě supravodivých keramik (popsáno níže). Příklady semimetallic keramika oxid olovnatý (PbO), ruthenium uhličitý (RuO 2), bismutu ruthenate (Bi 2 Ru 2 O 7), a bismut iridate (Bi 2 Ir 2 O 7). Stejně jako kovy mají tyto materiály překrývající se pásma elektronové energie, a proto jsou vynikajícími elektronickými vodiči. Používají se jako „inkousty“ pro sítotiskové rezistory do tlustovrstvých mikroobvodů. Inkousty jsou práškové dirigentské a glazurové částice rozptýlené ve vhodných organických látkách, které propůjčují tokové vlastnosti nezbytné pro sítotisk. Při palbě organické látky shoří, jak se glazury spojují. Změnou množství vodičových částic je možné vyvolat velké variace odporu tlustých filmů.
Keramika založená na směsích oxidu india (In 2 O 3) a oxidu cínu (SnO 2) - v elektronickém průmyslu označována jako oxid india cínu (ITO) - jsou vynikajícími elektronickými vodiči a navíc mají optickou průhlednost. Vodivost a průhlednost vyplývají z kombinace velké mezery v pásmu a začlenění dostatečného počtu dárců elektronů. Existuje tedy optimální koncentrace elektronů pro maximalizaci elektronické vodivosti i optického přenosu. ITO vidí rozsáhlou aplikaci jako tenké průhledné elektrody pro solární články a displeje z tekutých krystalů, jako jsou ty, které se používají na obrazovkách přenosných počítačů. ITO se také používá jako tenkovrstvý rezistor v integrovaných obvodech. Pro tyto aplikace se používá standardní depozice tenkých vrstev a fotolitografické techniky.
