离子导电常存在明显的各向异性。
例如β-Al2O3在c方向上的电导比在其他方向上大许多,这是由于离子 通道存在明显的方向性。
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离子电导率与温度T的关系满足Arrhenius关系:
ion
E A exp( ) kT
(4-9)
晶格中导电离子可能占据的位置比实际填充的离子数目多得多; 临近导电离子间的势垒不太大; 晶格中存在有导电离子运动的通道,如各种体积较大的八面体间隙 和四面体间隙相互连通。
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正离子在晶格中可能占据位置的投影图 (a)绝缘体;(b)离子导体
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重庆大学材料科学与工程学院 缺陷对陶瓷导电的影响
晶体缺陷对陶瓷导电行为的影响比较复杂。陶瓷中点缺陷对材 料电性能影响较大,一般都是陶瓷材料的电导有所增加。
例如立方ZrO2,其结构中的正离子作立方密堆积,负离子占据全部 四面体间隙,而全部八面体间隙空着,这就便于其他例子在其间移动。 如果在立方ZrO2中加入8at%的Y2O3,Y3+部分替代Zr4+后在晶格中形成部 分氧离子空位,可使ZrO2的立方相在低温时稳定和称为离子导电的固体 电解质。
Ag在AgI晶胞中 的位置
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具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金属离子A+ 的高迁移性和高可交换性。晶胞中阳离子采取立方堆积,铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起,这种疏松的连接层是 无序的,它提供了原子通道,使晶格中的A离子很容易移动。 一价A离子的半径过大或过小均会 引起电导率的下降。这是因为离子 半径过大时,其迁移能力变差;而 离子半径过小会使正离子在电导通 道中作漩涡式的迅速移动,也会阻 碍其运动。 这类材料的导电行为是极端各向异 性的,垂直于c方向的电导率比于c 方向的电导率大得多。