陶瓷與玻璃

在ZrO₂中固溶Y₂O₃的穩定氧化鋯(YSZ)成為氧離子導體的理由,下列何者正確?

  1. AY³⁺進入間隙,供給自由電子
  2. BY³⁺取代Zr⁴⁺,每2個Y³⁺產生1個氧空位
  3. CY³⁺取代Zr⁴⁺,每1個Y³⁺產生2個氧空位
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正確答案:B. Y³⁺取代Zr⁴⁺,每2個Y³⁺產生1個氧空位

3價的Y³⁺取代4價Zr⁴⁺的位置時,每1個會缺少1個正電荷。為了維持電中性,每2個Y³⁺會產生1個2價氧離子的空位(以Kröger-Vink表示法為 Y₂O₃ → 2Y′_Zr + V_O•• + 3O_O)。在高溫下O²⁻經由這些氧空位移動,因此作為固態電解質用於氧感測器與固態氧化物燃料電池(SOFC)。每1個Y³⁺產生2個空位時電荷不平衡,Y也不是進入間隙放出電子。添加Y₂O₃也有使立方晶或正方晶穩定到室溫的作用。

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