氧離子導體

氧離子導體是指以氧為傳導離子的快離子導體 ^[1]  。

它們大多是以立方螢石型結構的氧化物為基，如二氧化鋯、二氧化鉿、二氧化釷、二氧化鍺等。經過異價離子置換形成的具有氧缺位的固溶體，其中又以二氧化鋯基固溶體研究得最多。

二氧化鋯基的固溶體一般分為兩類：一類是以二價離子置換Zr，另一類是以三價離子置換Zr，它們在800-1000攝氏度有較高的氧離子電導率 ^[1]  。

這類氧離子導體有廣泛的用途。如高温燃料電池的固體電解質，還可用以製造鋼水定氧、鍋爐廢氣監控以及汽車尾氣監控的氧傳感器等。

二氧化鍺基固溶體的電導率較二氧化鋯基固溶體稍高，缺點是在還原氣氛中易被還原成三氧化二鍺，產生電子電導。此外，三氧化二鉍基固溶體也是一類氧離子導體，它們是在三氧化二鉍中添加二價、三價、五價或六價的金屬氧化物形成的。其中有些材料的電導率可比二氧化鍺基固溶體高一個數量級，但它們在低氧分壓下會部分還原為金屬鉍，只能在一定的氧分壓範圍內應用 ^[2]  。

主要有兩種結構類型：螢石型和鈣鈦礦型。螢石型化合物的通式為MO₂，在摻雜二價或三價氧化物後，晶格內出現氧離子空位，產生氧離子導電性。除ZrO₂基和ThO₂基固溶體外，尚有CeO₂基和Bi₂O₃基固溶體，在高温時有比ZrO₂基固溶體更高的電導率，但在還原氣氛下易被還原。鈣鈦礦型氧離子導體為摻雜ABO₃型化合物，氧離子電導率和離子遷移數皆較ZrO₂基固溶體低 ^[3]  。