เซรามิกนำไฟฟ้าวัสดุอุตสาหกรรมขั้นสูงที่มีการดัดแปลงโครงสร้างให้ทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้า
นอกจากคุณสมบัติทางกายภาพที่รู้จักกันดีของวัสดุเซรามิก - ความแข็ง, ความต้านทานแรงอัด, ความเปราะ - มีคุณสมบัติของความต้านทานไฟฟ้า เซรามิกส่วนใหญ่ทนต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าและด้วยเหตุนี้วัสดุเซรามิกเช่นพอร์ซเลนจึงถูกนำมาทำเป็นฉนวนไฟฟ้า อย่างไรก็ตามเซรามิกส์บางชนิดเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ตัวนำเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นเซรามิกขั้นสูงซึ่งเป็นวัสดุที่ทันสมัยซึ่งคุณสมบัติได้รับการแก้ไขผ่านการควบคุมที่แม่นยำในการผลิตจากผงเป็นผลิตภัณฑ์ คุณสมบัติและการผลิตเซรามิกขั้นสูงได้อธิบายไว้ในบทความเซรามิกส์ขั้นสูง บทความนี้นำเสนอการสำรวจคุณสมบัติและการใช้งานเซรามิกส์ขั้นสูงที่มีการนำไฟฟ้าจำนวนมาก
สาเหตุของความต้านทานในเซรามิกส่วนใหญ่อธิบายไว้ในบทความองค์ประกอบและคุณสมบัติของเซรามิก สำหรับวัตถุประสงค์ของบทความนี้กำเนิดของการนำไฟฟ้าในเซรามิกส์อาจอธิบายสั้น ๆ การนำไฟฟ้าในเซรามิกส์เช่นเดียวกับในวัสดุส่วนใหญ่มีสองประเภทคืออิเล็กทรอนิกและอิออนิก การนำอิเล็กทรอนิกส์เป็นเส้นทางของอิเล็กตรอนอิสระผ่านวัสดุ ในเซรามิกพันธะไอออนิกที่จับอะตอมด้วยกันไม่อนุญาตให้อิเล็กตรอนอิสระ อย่างไรก็ตามในบางกรณีสิ่งสกปรกที่แตกต่างกันของวาเลนซ์ (นั่นคือมีจำนวนอิเล็กตรอนพันธะที่แตกต่างกัน) อาจรวมอยู่ในวัสดุและสิ่งสกปรกเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคหรือผู้รับอิเล็กตรอน ในกรณีอื่นอาจรวมถึงโลหะทรานซิชันหรือธาตุหายากที่มีความแตกต่างกัน สิ่งเจือปนเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของขั้วโลก - ชนิดของอิเล็กตรอนที่สร้างพื้นที่เล็ก ๆ ของโพลาไรซ์เฉพาะที่เมื่อมันเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปสู่อีกอะตอม เซรามิกนำไฟฟ้าใช้เป็นตัวต้านทานอิเล็กโทรดและองค์ประกอบความร้อน
การนำอิออนประกอบด้วยการขนส่งของไอออน (อะตอมของประจุบวกหรือประจุลบ) จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งผ่านจุดบกพร่องที่เรียกว่าตำแหน่งที่ว่างในตาข่ายคริสตัล ที่อุณหภูมิแวดล้อมปกติการกระโดดไอออนน้อยมากเกิดขึ้นเนื่องจากอะตอมอยู่ในสถานะพลังงานที่ค่อนข้างต่ำ ที่อุณหภูมิสูงอย่างไรก็ตามตำแหน่งงานว่างกลายเป็นโทรศัพท์มือถือและเซรามิกบางชนิดแสดงสิ่งที่เรียกว่าอิออนการนำความร้อนที่รวดเร็ว เซรามิกเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในเซ็นเซอร์ก๊าซเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่
ตัวต้านทานและอิเล็กโทรดแบบฟิล์มหนาและฟิล์มบาง
ตัวนำเซรามิกกึ่งตัวนำมีค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุดของเซรามิกยิ่งยวดทั้งหมด แต่อธิบายไว้ด้านล่าง ตัวอย่างของเซรามิก semimetallic ได้แก่ ตะกั่วออกไซด์ (PbO), รูทีเนียมไดออกไซด์ (RuO 2), บิสมัทรูธีเนต (Bi 2 Ru 2 O 7) และบิสมัท iridate (Bi 2 Ir 2 O 7) วัสดุเหล่านี้มีแถบพลังงานอิเล็กตรอนซ้อนกันและเป็นตัวนำอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีเยี่ยม พวกเขาจะใช้เป็น "หมึก" สำหรับตัวต้านทานการพิมพ์หน้าจอเป็นไมโครฟิล์มหนา หมึกเป็นตัวนำที่ถูกบดและอนุภาคเคลือบจะกระจายตัวในสารอินทรีย์ที่เหมาะสมซึ่งจะบอกคุณสมบัติการไหลที่จำเป็นสำหรับการพิมพ์สกรีน ในการเผาไหม้สารอินทรีย์จะเผาไหม้ในขณะที่ฟิวส์หลอมละลาย ด้วยการเปลี่ยนแปลงปริมาณของอนุภาคตัวนำจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างความต้านทานที่หลากหลายของฟิล์มหนา
เซรามิกตามส่วนผสมของอินเดียมออกไซด์ (ใน2 O 3) และดีบุกออกไซด์ (SnO 2) - ได้รับการกล่าวถึงในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เช่นอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) - เป็นตัวนำอิเล็กทรอนิกส์ที่โดดเด่น. ความนำไฟฟ้าและความโปร่งใสเกิดขึ้นจากการรวมกันของช่องว่างแถบขนาดใหญ่และการรวมตัวกันของผู้บริจาคอิเล็กตรอนที่เพียงพอ ดังนั้นจึงมีความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่ดีที่สุดเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าและการส่งผ่านแสง ITO มองเห็นแอปพลิเคชั่นที่กว้างขวางเป็นอิเล็กโทรดโปร่งใสบาง ๆ สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์และสำหรับการแสดงผลคริสตัลเหลวเช่นที่ใช้ในหน้าจอคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป ITO ยังใช้เป็นตัวต้านทานแบบฟิล์มบางในวงจรรวม สำหรับการใช้งานเหล่านี้มันถูกนำไปใช้โดยการสะสมฟิล์มบางและเทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสง
