Cerámica conductiva, materiales industriales avanzados que, debido a modificaciones en su estructura, sirven como conductores eléctricos.
Además de las conocidas propiedades físicas de los materiales cerámicos (dureza, resistencia a la compresión, fragilidad), existe la propiedad de la resistividad eléctrica. La mayoría de las cerámicas resisten el flujo de corriente eléctrica y, por esta razón, los materiales cerámicos como la porcelana se han convertido tradicionalmente en aislantes eléctricos. Algunas cerámicas, sin embargo, son excelentes conductores de electricidad. La mayoría de estos conductores son cerámicas avanzadas, materiales modernos cuyas propiedades se modifican mediante un control preciso sobre su fabricación desde polvos hasta productos. Las propiedades y la fabricación de cerámica avanzada se describen en el artículo cerámica avanzada. Este artículo ofrece un estudio de las propiedades y aplicaciones de varias cerámicas avanzadas conductoras de la electricidad.
Las causas de la resistividad en la mayoría de las cerámicas se describen en el artículo Composición y propiedades cerámicas. Para los propósitos de este artículo, los orígenes de la conductividad en la cerámica pueden explicarse brevemente. La conductividad eléctrica en cerámica, como en la mayoría de los materiales, es de dos tipos: electrónica e iónica. La conducción electrónica es el paso de electrones libres a través de un material. En cerámica, los enlaces iónicos que mantienen unidos a los átomos no permiten electrones libres. Sin embargo, en algunos casos pueden incluirse en el material impurezas de valencia diferente (es decir, poseer diferentes números de electrones de enlace), y estas impurezas pueden actuar como donantes o aceptores de electrones. En otros casos, se pueden incluir metales de transición o elementos de tierras raras de valencia variable; Estas impurezas pueden actuar como centros para los polarones, especies de electrones que crean pequeñas regiones de polarización local a medida que se mueven de un átomo a otro. Las cerámicas electrónicamente conductoras se utilizan como resistencias, electrodos y elementos de calentamiento.
La conducción iónica consiste en el tránsito de iones (átomos de carga positiva o negativa) de un sitio a otro a través de defectos puntuales llamados vacantes en la red cristalina. A temperaturas ambiente normales, se produce muy poco salto de iones, ya que los átomos están en estados de energía relativamente bajos. Sin embargo, a altas temperaturas, las vacantes se vuelven móviles, y ciertas cerámicas exhiben lo que se conoce como conducción iónica rápida. Estas cerámicas son especialmente útiles en sensores de gas, celdas de combustible y baterías.
Resistencias y electrodos de película gruesa y película delgada
Los conductores de cerámica semimetálica tienen las conductividades más altas de todas, excepto las cerámicas superconductoras (descritas a continuación). Ejemplos de cerámica semimetálica son el óxido de plomo (PbO), el dióxido de rutenio (RuO 2), el rutenato de bismuto (Bi 2 Ru 2 O 7) y el iridato de bismuto (Bi 2 Ir 2 O 7). Al igual que los metales, estos materiales tienen bandas de energía electrónica superpuestas y, por lo tanto, son excelentes conductores electrónicos. Se utilizan como "tintas" para resistencias de serigrafía en microcircuitos de película gruesa. Las tintas son partículas de esmalte y conductor pulverizado dispersadas en compuestos orgánicos adecuados, que imparten las propiedades de flujo necesarias para la serigrafía. Al disparar, los orgánicos se queman cuando los esmaltes se fusionan. Al variar la cantidad de partículas conductoras, es posible producir grandes variaciones en la resistencia de las películas gruesas.
Las cerámicas basadas en mezclas de óxido de indio (In 2 O 3) y óxido de estaño (SnO 2), conocido en la industria electrónica como óxido de indio y estaño (ITO), son excelentes conductores electrónicos y tienen la virtud adicional de ser ópticamente transparentes.. La conductividad y la transparencia surgen de la combinación de una gran brecha de banda y la incorporación de suficientes donantes de electrones. Por lo tanto, existe una concentración óptima de electrones para maximizar la conductividad electrónica y la transmisión óptica. ITO ve una amplia aplicación como electrodos transparentes delgados para células solares y para pantallas de cristal líquido como las que se utilizan en las pantallas de las computadoras portátiles. ITO también se emplea como una resistencia de película delgada en circuitos integrados. Para estas aplicaciones, se aplica mediante deposición de película delgada estándar y técnicas fotolitográficas.
