Cerâmica condutora, materiais industriais avançados que, devido a modificações em sua estrutura, servem como condutores elétricos.
Além das propriedades físicas conhecidas dos materiais cerâmicos - dureza, resistência à compressão, fragilidade - existe a propriedade da resistividade elétrica. A maioria das cerâmicas resiste ao fluxo de corrente elétrica e, por esse motivo, materiais cerâmicos como a porcelana são tradicionalmente transformados em isoladores elétricos. Algumas cerâmicas, no entanto, são excelentes condutores de eletricidade. A maioria desses condutores é de cerâmica avançada, materiais modernos cujas propriedades são modificadas através de um controle preciso sobre sua fabricação, de pós a produtos. As propriedades e a fabricação de cerâmica avançada são descritas no artigo cerâmica avançada. Este artigo oferece um levantamento das propriedades e aplicações de várias cerâmicas avançadas eletricamente condutoras.
As causas da resistividade na maioria das cerâmicas são descritas no artigo composição e propriedades cerâmicas. Para os fins deste artigo, as origens da condutividade em cerâmica podem ser explicadas brevemente. A condutividade elétrica na cerâmica, como na maioria dos materiais, é de dois tipos: eletrônica e iônica. Condução eletrônica é a passagem de elétrons livres através de um material. Em cerâmica, as ligações iônicas que mantêm os átomos unidos não permitem a liberação de elétrons. No entanto, em alguns casos, impurezas de valência diferente (isto é, possuindo diferentes números de elétrons de ligação) podem ser incluídas no material e essas impurezas podem atuar como doadoras ou aceitadoras de elétrons. Em outros casos, metais de transição ou elementos de terras raras de valência variável podem ser incluídos; essas impurezas podem atuar como centros para os polarons - espécies de elétrons que criam pequenas regiões de polarização local à medida que se movem de átomo para átomo. Cerâmicas eletronicamente condutoras são usadas como resistores, eletrodos e elementos de aquecimento.
A condução iônica consiste no trânsito de íons (átomos de carga positiva ou negativa) de um local para outro através de defeitos pontuais chamados vagas na rede cristalina. Em temperaturas ambientes normais, ocorre pouquíssimo salto de íons, uma vez que os átomos estão em estados de energia relativamente baixos. Em altas temperaturas, no entanto, as vagas se tornam móveis e certas cerâmicas exibem o que é conhecido como condução iônica rápida. Essas cerâmicas são especialmente úteis em sensores de gás, células de combustível e baterias.
Resistores e eletrodos de filme espesso e de filme fino
Os condutores de cerâmica semimetálica têm as condutividades mais altas de todas as cerâmicas supercondutoras (descritas abaixo). Exemplos de cerâmica semi-metálica são óxido de chumbo (PbO), dióxido de rutênio (RuO 2), rutenato de bismuto (Bi 2 Ru 2 O 7) e iridato de bismuto (Bi 2 Ir 2 O 7). Como os metais, esses materiais têm faixas de energia eletrônica sobrepostas e, portanto, são excelentes condutores eletrônicos. Eles são usados como "tintas" para resistores de serigrafia em microcircuitos de filme grosso. As tintas são partículas pulverizadas de condutor e esmalte dispersas em produtos orgânicos adequados, que conferem as propriedades de fluxo necessárias para a serigrafia. Ao disparar, os orgânicos queimam à medida que os esmaltes se fundem. Ao variar a quantidade de partículas condutoras, é possível produzir grandes variações na resistência de filmes espessos.
Cerâmicas baseadas em misturas de óxido de índio (In 2 O 3) e óxido de estanho (SnO 2) - referenciadas na indústria eletrônica como óxido de índio e estanho (ITO) - são excelentes condutores eletrônicos e têm a vantagem de serem opticamente transparentes. A condutividade e a transparência surgem da combinação de um gap grande e da incorporação de doadores de elétrons suficientes. Portanto, existe uma concentração ótima de elétrons para maximizar a condutividade eletrônica e a transmissão óptica. A ITO vê ampla aplicação como finos eletrodos transparentes para células solares e para monitores de cristal líquido, como os empregados nas telas dos laptops. O ITO também é empregado como resistor de filme fino em circuitos integrados. Para essas aplicações, é aplicado por deposição de filmes finos padrão e técnicas fotolitográficas.
