זירקוניה, הידועה גם בשם דו-תחמוצת זירקוניום (ZrO2), מציגה תכונות חשמליות ייחודיות המשתנות בהתאם למבנה הגבישי ולחומרי התומך שלה. בצורתו הטהורה, זירקוניה נחשבת בדרך כלל כמבודדת, כלומר היא אינה מוליכה חשמל היטב. הסיבה לכך היא שמבנה הגביש של זירקוניה טהור יציב בצורת מעוקב בטמפרטורות גבוהות, ולחומר חסרים אלקטרונים חופשיים או נושאי מטען ניידים הנדרשים למוליכות חשמלית.
מוליכות יוני חמצן
עם זאת, זירקוניה יכולה לעבור טרנספורמציה של פאזה בטמפרטורות נמוכות יותר, בדרך כלל בסביבות 1,170 מעלות צלזיוס, מה שמוביל למבנה גבישי טטראגוני. טרנספורמציה זו גורמת לריקויות חמצן בסריג, ויוצרות מקומות פנויים של יוני חמצן שיכולים לשמש כנשאי מטען. מוליכות יוני חמצן זו משמעותית והופכת זירקוניה מיוצבת חלקית (PSZ) למוליך יוני חמצן ידוע. PSZ משמש בדרך כלל כחומר אלקטרוליט בתאי דלק תחמוצת מוצק (SOFCs) וחיישני חמצן.
מוליכות אלקטרונית
מלבד מוליכות יוני חמצן, זירקוניה יכולה להפגין מוליכות אלקטרונית גם כאשר מכניסים חומרים דומים מסוימים למבנה שלו. זירקוניה מיוצב איטריה (YSZ), שבו תחמוצת איטריום (Y2O3) מתווספת לזירקוניה, היא דוגמה בולטת. YSZ נמצא בשימוש נרחב כאלקטרוליט בתאי דלק בטמפרטורה גבוהה, כגון תאי דלק תחמוצת מוצק. תוספת איטריום מייצבת את הפאזה המעוקבת בטמפרטורת החדר, ומאפשרת מוליכות יונית ואלקטרונית גבוהה.
לסיכום, ניתן לשנות את התכונות החשמליות של זירקוניה על ידי החדרת דופטנטים או על ידי הכפפה לתנאים ספציפיים, וכתוצאה מכך דרגות שונות של מוליכות חשמלית. היכולת לשלוט על המוליכות שלו הופכת את הזירקוניה לחומר רב-תכליתי עם יישומים במכשירים אלקטרוניים ואלקטרוכימיים שונים.
