Ledende keramik, avancerede industrielle materialer, der på grund af ændringer i deres struktur fungerer som elektriske ledere.
Foruden de velkendte fysiske egenskaber ved keramiske materialer - hårdhed, trykstyrke, skørhed - er der egenskaberne ved elektrisk modstand. De fleste keramik modstår strømmen af elektrisk strøm, og derfor er keramiske materialer som porcelæn traditionelt blevet lavet til elektriske isolatorer. Nogle keramik er imidlertid fremragende ledere af elektricitet. De fleste af disse ledere er avanceret keramik, moderne materialer, hvis egenskaber ændres ved nøjagtig kontrol over deres fremstilling fra pulvere til produkter. Egenskaber og fremstilling af avanceret keramik er beskrevet i artiklen avanceret keramik. Denne artikel giver en oversigt over egenskaber og anvendelser af adskillige elektrisk ledende avanceret keramik.
Årsagerne til resistivitet i de fleste keramikker er beskrevet i artiklen keramisk sammensætning og egenskaber. Med henblik på denne artikel kan oprindelsen af ledningsevne i keramik forklares kort. Elektrisk ledningsevne i keramik, som i de fleste materialer, er af to typer: elektronisk og ionisk. Elektronisk ledning er passage af frie elektroner gennem et materiale. I keramik tillader de ioniske bindinger, der holder atomerne, ikke fri elektroner. I nogle tilfælde kan urenheder med forskellig valence (det vil sige med at have forskellige antal bindingselektroner) være inkluderet i materialet, og disse urenheder kan fungere som donorer eller acceptorer af elektroner. I andre tilfælde kan overgangsmetaller eller sjældne jordelementer med varierende valens inkluderes; disse urenheder kan fungere som centre for polaroner - arter af elektroner, der skaber små regioner med lokal polarisering, når de bevæger sig fra atom til atom. Elektronisk ledende keramik bruges som modstande, elektroder og varmeelementer.
Ionisk ledning består af transit af ioner (atomer med positiv eller negativ ladning) fra et sted til et andet via punktdefekter kaldet ledige stillinger i krystalgitteret. Ved normale omgivelsestemperaturer finder der meget lidt ionhopping sted, da atomerne har relativt lavt energitilstand. Ved høje temperaturer bliver ledige stillinger imidlertid mobile, og visse keramikker udviser det, der kaldes hurtig ionisk ledning. Disse keramikker er især nyttige i gassensorer, brændselsceller og batterier.
Tykfilm og tyndfilmsmodstande og elektroder
Semimetalliske keramiske ledere har den højeste ledningsevne af alle undtagen superledende keramik (beskrevet nedenfor). Eksempler på halvmetal keramik er blyoxid (PbO), rutheniumdioxid (RuOz 2), bismuth ruthenate (Bi 2 Ru 2 O 7), og vismut iridate (Bi 2 Ir 2 O 7). Ligesom metaller har disse materialer overlappende elektronenergibånd og er derfor fremragende elektroniske ledere. De bruges som ”trykfarver” til skærmprintmodstande i tykfilm-mikrokredsløb. Trykfarver er pulveriseret leder og glasurpartikler dispergeret i egnede organiske materialer, hvilket giver de strømningsegenskaber, der er nødvendige til silketryk. Ved fyring brænder de organiske organer ud, når glasurerne smelter sammen. Ved at variere mængden af lederpartikler er det muligt at frembringe store variationer i modstandsdygtigheden af tykke film.
Keramik baseret på blandinger af indiumoxid (I 2 O 3) og tinoxid (SnO 2) - henvist til i elektronikindustrien som indium tinoxid (ITO) - er fremragende elektroniske ledere, og de har den tilføjede dyde at være optisk gennemsigtig. Konduktivitet og gennemsigtighed stammer fra kombinationen af et stort båndgap og inkorporeringen af tilstrækkelige elektrondonorer. Der er således en optimal elektronkoncentration for at maksimere både elektronisk ledningsevne og optisk transmission. ITO ser omfattende anvendelse som tynde gennemsigtige elektroder til solceller og til flydende krystalskærme som dem, der bruges på bærbare computerskærme. ITO anvendes også som en tyndfilmmodstand i integrerede kredsløb. Til disse anvendelser anvendes den ved standard tyndfilmsaflejring og fotolitografiske teknikker.
