Ceramika przewodząca, zaawansowane materiały przemysłowe, które ze względu na zmiany w swojej strukturze służą jako przewodniki elektryczne.
Oprócz dobrze znanych właściwości fizycznych materiałów ceramicznych - twardości, wytrzymałości na ściskanie, kruchości - istnieje właściwość oporności elektrycznej. Większość materiałów ceramicznych jest odporna na przepływ prądu elektrycznego iz tego powodu materiały ceramiczne, takie jak porcelana, były tradycyjnie wytwarzane jako izolatory elektryczne. Niektóre materiały ceramiczne są jednak doskonałymi przewodnikami elektryczności. Większość z tych przewodników to zaawansowana ceramika, nowoczesne materiały, których właściwości są modyfikowane poprzez precyzyjną kontrolę ich wytwarzania od proszków po produkty. Właściwości i wytwarzanie zaawansowanej ceramiki opisano w artykule zaawansowana ceramika. Ten artykuł zawiera przegląd właściwości i zastosowań kilku zaawansowanych elektrycznie przewodzących elektrycznie.
Przyczyny oporności w większości materiałów ceramicznych opisano w artykule o składzie ceramicznym i właściwościach. Na potrzeby tego artykułu pochodzenie przewodnictwa w ceramice można krótko wyjaśnić. Przewodność elektryczna w ceramice, podobnie jak w większości materiałów, jest dwojakiego rodzaju: elektroniczna i jonowa. Przewodnictwo elektroniczne to przejście wolnych elektronów przez materiał. W ceramice wiązania jonowe utrzymujące razem atomy nie pozwalają na wolne elektrony. Jednak w niektórych przypadkach w materiale mogą być zawarte zanieczyszczenia o różnej wartościowości (to znaczy posiadające różną liczbę elektronów wiążących), a zanieczyszczenia te mogą działać jako donory lub akceptory elektronów. W innych przypadkach można uwzględnić metale przejściowe lub pierwiastki ziem rzadkich o różnej wartościowości; zanieczyszczenia te mogą działać jako centra polaronów - gatunków elektronów, które tworzą małe regiony lokalnej polaryzacji podczas przemieszczania się z atomu na atom. Ceramikę przewodzącą elektrony stosuje się jako rezystory, elektrody i elementy grzejne.
Przewodnictwo jonowe polega na przejściu jonów (atomów ładunku dodatniego lub ujemnego) z jednego miejsca do drugiego poprzez defekty punktowe zwane wakatami w sieci krystalicznej. W normalnych temperaturach otoczenia zachodzi bardzo niewiele przeskoków jonów, ponieważ atomy znajdują się w stosunkowo niskich stanach energetycznych. Jednak w wysokich temperaturach wolne miejsca stają się ruchome, a niektóre materiały ceramiczne wykazują tak zwane szybkie przewodnictwo jonowe. Te ceramiki są szczególnie przydatne w czujnikach gazu, ogniwach paliwowych i akumulatorach.
Rezystory i elektrody grubowarstwowe i cienkowarstwowe
Półmetaliczne przewodniki ceramiczne mają najwyższe przewodnictwo ze wszystkich oprócz nadprzewodzących materiałów ceramicznych (opisanych poniżej). Przykładami ceramiki półmetalicznej są tlenek ołowiu (PbO), dwutlenek rutenu (RuO 2), rutenian bizmutu (Bi 2 Ru 2 O 7) i irydan bizmutu (Bi 2 Ir 2 O 7). Podobnie jak metale, materiały te mają nakładające się pasma energii elektronowej, a zatem są doskonałymi przewodnikami elektronicznymi. Są stosowane jako „atramenty” do rezystorów sitodrukowych w mikroukładach grubowarstwowych. Tusze są sproszkowanymi przewodnikami i cząstkami glazury zdyspergowanymi w odpowiednich substancjach organicznych, które nadają właściwości płynięcia niezbędne do sitodruku. Po wypaleniu substancje organiczne wypalają się, gdy glazury się łączą. Zmieniając ilość cząstek przewodnika, można wytwarzać szerokie wahania rezystancji grubych warstw.
Ceramika na bazie mieszanin tlenku indu (In 2 O 3) i tlenku cyny (SnO 2) - określanych w przemyśle elektronicznym jako tlenek indu i cyny (ITO) - to wybitne przewodniki elektroniczne, które mają dodatkową zaletę, ponieważ są optycznie przezroczyste. Przewodność i przejrzystość wynikają z połączenia dużej przerwy pasmowej i włączenia wystarczającej liczby donorów elektronów. Zatem istnieje optymalne stężenie elektronów, aby zmaksymalizować zarówno przewodność elektroniczną, jak i transmisję optyczną. ITO widzi szerokie zastosowanie jako cienkie przezroczyste elektrody do ogniw słonecznych i wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, takich jak te stosowane w ekranach laptopów. ITO jest również stosowany jako rezystor cienkowarstwowy w układach scalonych. Do tych zastosowań stosuje się go standardowymi technikami osadzania cienkowarstwowego i fotolitograficznymi.
