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세라믹스·유리

ZrO₂에 Y₂O₃를 고용시킨 안정화 지르코니아(YSZ)가 산화물 이온 전도체가 되는 이유로 옳은 것은 무엇인가?

  1. AY³⁺가 격자간 위치에 들어가 자유 전자를 공급하기 때문
  2. BY³⁺가 Zr⁴⁺를 치환하여, Y³⁺ 2개당 산소 공공이 1개 생기기 때문
  3. CY³⁺가 Zr⁴⁺를 치환하여, Y³⁺ 1개당 산소 공공이 2개 생기기 때문
정답과 해설 보기

정답: B. Y³⁺가 Zr⁴⁺를 치환하여, Y³⁺ 2개당 산소 공공이 1개 생기기 때문

3가의 Y³⁺가 4가의 Zr⁴⁺ 자리를 치환하면 1개당 양전하가 1개 부족해집니다. 전기적 중성을 유지하기 위해 Y³⁺ 2개당 2가 산화물 이온의 공공이 1개 생깁니다(크뢰거-빙크 표기로 Y₂O₃ → 2Y′_Zr + V_O•• + 3O_O). 고온에서는 이 산소 공공을 통해 O²⁻가 이동하므로, 고체 전해질로서 산소 센서나 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에 사용됩니다. Y³⁺ 1개당 공공 2개로는 전하의 균형이 맞지 않으며, Y가 격자간 위치에 들어가 전자를 내놓는 것도 아닙니다. Y₂O₃ 첨가에는 입방정이나 정방정을 상온까지 안정하게 하는 역할도 있습니다.

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