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[재료공학실험] 세라믹의 이온전도도 실험
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1. 실험 목적 : 고체 전해질의 저항을 측정하여 이온전도도를 계산 할 수 있다.
여기서는 YSZ(Yttrium stabilized Zirconia)에서의 산소 이온 전도를 측정한다.
2. 이론적 배경
(YSZ)란 지르코니아에 이트리아가 첨가됨으로써 Zr4+이온 중 일부가 Y3+로 대체된다. 이에따라 4개의 O2- 이온 대신 3개의 O2- 이온으로 대체되며 결과적으로 산소빈자리(oxygen vacancy)가 만들어진다. 이렇게 생성된 산소빈자리 때문에 이트리아 안정화 지르코니아는 O2-이온 전도성를 갖게 되며 온도가 높을수록 전도도가 좋아진다. 이러한 특징은 고온에서 동작하는 고체산화물 연료전지에서 유용하게 쓰인다(oxygen vacancy)가 만들어진다. 이렇게 생성된 산소빈자리 때문에 이트리아 안정화 지르코니아는 O2-이온 전도성를 갖게 되며 온도가 높을수록 전도도가 좋아진다. 이러한 특징은 고온에서 동작하는 고체산화물 연료전지에서 유용하게 쓰인다.
이러한 YSZ는 이러한곳에서 사용되는데
높은 경도와 화학적 안정성이 필요한 곳(예: 치관)
내화물 (예: 제트엔진)
가스 터빈의 단열 코팅재
이온전도성을 이용한 전자세라믹스
고체산화물 연료전지
높은 경도와 단결정의 광학적 특성으로 인해 보석으로도 쓰인다
2.1 Yttrium stabilized zirconia에서의 산소 이온 전도
- YSZ 혹은 ScSZ 에서의 이온 전도도는 ZrO2에서 Zr+4 대신 Y+3 혹은 Sc+3로 치환되면서
생기는 음이온 vacancy에 의한 전도도이다. 4개의 O2-를 3개의 O2-가 대체되면서 산소
이온 vacancy가 만들어지며 이러한 결함에 의한 mass transport를 위한 path의 형성에
의해 산소이온의 전도가 일어난다. 즉, impurity에 의한 defect의 형성이 주된 이온전도의
mechanism이 된다. 산소 이온전도는 온도에 의한 함수로 표현할 수 있으며, 온도에 따른
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2014.05.23
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