Vodivá keramika, moderné priemyselné materiály, ktoré v dôsledku zmien ich štruktúry slúžia ako elektrické vodiče.
Okrem známych fyzikálnych vlastností keramických materiálov - tvrdosť, pevnosť v tlaku, krehkosť - existuje aj vlastnosť elektrického odporu. Väčšina keramiky odoláva toku elektrického prúdu, a preto sa z keramických materiálov, ako je porcelán, tradične vyrábajú elektrické izolátory. Niektoré keramiky sú však vynikajúcimi vodičmi elektriny. Väčšina z týchto vodičov sú moderná keramika, moderné materiály, ktorých vlastnosti sa modifikujú presnou kontrolou ich výroby z práškov na výrobky. Vlastnosti a výroba pokrokovej keramiky sú opísané v článku pokročilá keramika. Tento článok ponúka prehľad vlastností a aplikácií niekoľkých elektricky vodivých pokrokových keramík.
Príčiny rezistencie vo väčšine keramických materiálov sú opísané v keramickej kompozícii a vlastnostiach výrobku. Na účely tohto článku je možné stručne vysvetliť pôvod vodivosti v keramike. Elektrická vodivosť v keramike, rovnako ako vo väčšine materiálov, je dvoch typov: elektronická a iónová. Elektronické vedenie je priechod voľných elektrónov materiálom. V keramike iónové väzby držiace atómy spolu neumožňujú voľné elektróny. V niektorých prípadoch však môžu byť do materiálu zahrnuté nečistoty rôznej valencie (to znamená, že majú rôzny počet väzbových elektrónov) a tieto nečistoty môžu pôsobiť ako donory alebo akceptory elektrónov. V iných prípadoch môžu byť zahrnuté prechodné kovy alebo prvky vzácnych zemín s rôznou valenciou; tieto nečistoty môžu pôsobiť ako centrá pre polaróny - druhy elektrónov, ktoré vytvárajú malé oblasti miestnej polarizácie pri pohybe z atómu na atóm. Elektronicky vodivá keramika sa používa ako odpory, elektródy a vyhrievacie prvky.
Iónové vedenie spočíva v prechode iónov (atómy kladného alebo záporného náboja) z jedného miesta na druhé prostredníctvom bodových defektov nazývaných voľné miesta v kryštálovej mriežke. Pri normálnych okolitých teplotách dochádza len k veľmi malému preskakovaniu iónov, pretože atómy sú v relatívne nízkej energetickej hodnote. Pri vysokých teplotách sa však voľné pracovné miesta stávajú mobilnými a niektoré keramiky vykazujú tzv. Rýchle iónové vedenie. Tieto keramiky sú obzvlášť užitočné v plynových senzoroch, palivových článkoch a batériách.
Hrubé a tenkovrstvové odpory a elektródy
Semimetalické keramické vodiče majú najvyššiu vodivosť zo všetkých okrem supravodivých keramických materiálov (opísané nižšie). Príklady semimetallic keramika oxid olovnatý (PbO), ruténium uhličitý (Ruo 2), bizmutu ruthenate (Bi 2 Ru 2 O 7), a bizmut iridate (Bi 2 Ir 2 O 7). Rovnako ako kovy, aj tieto materiály prekrývajú pásma elektrónovej energie, a preto sú vynikajúcimi elektronickými vodičmi. Používajú sa ako „atramenty“ pre odpory sieťotlače do mikroobvodov s hrubými filmami. Atramenty sú práškové dirigentské a glazúrové častice dispergované vo vhodných organických látkach, ktoré prepožičiavajú tokovým vlastnostiam potrebným pre sieťotlač. Pri streľbe organické látky pri poistení glazúr vyhoria. Zmenou množstva vodivých častíc je možné vyvolať veľké variácie odporu hrubých vrstiev.
Keramika založená na zmesiach oxidu india (In 2 O 3) a oxidu cínu (SnO 2) - v elektronickom priemysle označovaného ako oxid india cínu (ITO) - je vynikajúcim elektronickým vodičom a navyše má optickú priehľadnosť, Vodivosť a transparentnosť vyplývajú z kombinácie veľkej medzery v pásme a začlenenia dostatočného množstva donorov elektrónov. Existuje teda optimálna koncentrácia elektrónov na maximalizáciu elektronickej vodivosti a optického prenosu. ITO vidí rozsiahlu aplikáciu ako tenké priehľadné elektródy pre solárne články a pre displeje s tekutými kryštálmi, ako sú obrazovky používané na obrazovkách prenosných počítačov. ITO sa tiež používa ako tenkovrstvový rezistor v integrovaných obvodoch. Pre tieto aplikácie sa používa štandardné techniky nanášania tenkých vrstiev a fotolitografické techniky.
