電子伝導性について

質問

一般に金属酸化物では低酸素分圧領域においてn型、高酸素分圧領域においてp型電子伝導性が発現し、その間ではイオン伝導領域が発現するというのを教科書でみたのですが、これはどういうことなのでしょうか？自分の試料の電子伝導性を調べるために必要なので、よろしくお願いします。

回答No.2

fortranxp · ベストアンサー

安定化ジルコニアの電子導電性

　O2-(格子点)⇔O2(空格子)+2e+1/O2(Gas)
　1/2O2(Gas)+O2-(空格子)⇔O2-(格子点)+2h(ホール)

通常は上記の化学平衡にありますが加熱によって
結晶格子点にある酸素は空格子点へ移動する。
このため電流が流れます。

しかしホールhや電子eも存在します。
酸素分圧PO2と電子濃度[e]の関係は

　　[e](比例する)PO2の-1/4乗
電子導電率σe(比例する)[e](比例する)PO2の-1/4乗

なおイオン導電σiは酸素分圧によらないので
全導電率σTは
　　σT=σi+σe=σi+σi(PO2(-)/PO2)の1/4乗
　　ここにPO2(-)は電子導電率=イオン導電率のときの
　　酸素分圧とする。

またホールhの関係はホールの導電率σhはホール濃度[h]のとき

　　σh(比例する)[h](比例する)PO2の1/4乗
でσi=σhになる酸素分圧をPO2(+)とすれば
　　σT=σi+σi(PO2/PO2(+))の1/4乗

ここでPO2(+)は1気圧以上なのでσi(PO2/PO2(+))の1/4乗はσiに対しほとんど問題にならない。

したがって安定化ジルコニアの場合イオン導電と考えてよい。

のですが実際に実験すると電子導電性が現れ正しく
酸素分圧が測定されないケースがありますがこのとき
は測定系のインピーダンスを低くする必要があります。

本当に解りますか？

お礼

先程、この反応式を実際に書いてみまして理解できました。この原理を利用して酸素メーターは酸素分圧(濃度)を算出しているんですね。非常に詳しい説明を頂きありがとうございました。

補足

加えて評価法ですが、酸素分圧を変えても導電率が変化しなければイオン伝導体であると評価できるわけですね。なるほど

回答No.1

fortranxp

それは常温ですかそれとも300℃以上の高温ですか？

お礼

300℃以上、具体的には500℃です。よろしくお願いいたします。