Αγώγιμα κεραμικά, προηγμένα βιομηχανικά υλικά που, λόγω τροποποιήσεων στη δομή τους, χρησιμεύουν ως ηλεκτρικοί αγωγοί.
Εκτός από τις γνωστές φυσικές ιδιότητες των κεραμικών υλικών - σκληρότητα, αντοχή σε θλίψη, ευθραυστότητα - υπάρχει η ιδιότητα της ηλεκτρικής αντίστασης. Τα περισσότερα κεραμικά αντιστέκονται στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος και για αυτόν τον λόγο τα κεραμικά υλικά όπως η πορσελάνη παραδοσιακά έχουν γίνει ηλεκτρικοί μονωτές. Ορισμένα κεραμικά, ωστόσο, είναι εξαιρετικοί αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας. Οι περισσότεροι από αυτούς τους αγωγούς είναι προηγμένα κεραμικά, μοντέρνα υλικά των οποίων οι ιδιότητες τροποποιούνται μέσω ακριβούς ελέγχου της κατασκευής τους από σκόνες σε προϊόντα. Οι ιδιότητες και η κατασκευή προηγμένων κεραμικών περιγράφονται στο άρθρο προηγμένων κεραμικών. Αυτό το άρθρο προσφέρει μια έρευνα για τις ιδιότητες και τις εφαρμογές πολλών ηλεκτρικά αγώγιμων προηγμένων κεραμικών.
Οι αιτίες της αντίστασης στα περισσότερα κεραμικά περιγράφονται στο άρθρο κεραμική σύνθεση και ιδιότητες. Για τους σκοπούς αυτού του άρθρου, η προέλευση της αγωγιμότητας στα κεραμικά μπορεί να εξηγηθεί εν συντομία. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα στα κεραμικά, όπως στα περισσότερα υλικά, είναι δύο τύπων: ηλεκτρονική και ιοντική. Η ηλεκτρονική αγωγιμότητα είναι η διέλευση των ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσω ενός υλικού. Στα κεραμικά οι ιοντικοί δεσμοί που συγκρατούν τα άτομα μαζί δεν επιτρέπουν ελεύθερα ηλεκτρόνια. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις προσμίξεις διαφορετικού σθένους (δηλαδή, που έχουν διαφορετικούς αριθμούς ηλεκτρονίων σύνδεσης) μπορεί να περιλαμβάνονται στο υλικό και αυτές οι ακαθαρσίες μπορεί να δρουν ως δότες ή δέκτες ηλεκτρονίων. Σε άλλες περιπτώσεις μπορεί να περιλαμβάνονται μέταλλα μετάπτωσης ή στοιχεία σπάνιας γης διαφορετικού σθένους. Αυτές οι ακαθαρσίες μπορούν να λειτουργήσουν ως κέντρα πολωνών - είδη ηλεκτρονίων που δημιουργούν μικρές περιοχές τοπικής πόλωσης καθώς μετακινούνται από άτομο σε άτομο. Τα ηλεκτρονικά αγώγιμα κεραμικά χρησιμοποιούνται ως αντιστάσεις, ηλεκτρόδια και θερμαντικά στοιχεία.
Η ιοντική αγωγή αποτελείται από τη διέλευση ιόντων (άτομα θετικού ή αρνητικού φορτίου) από τη μία τοποθεσία στην άλλη μέσω σημείων ελαττωμάτων που ονομάζονται κενά στο κρυσταλλικό πλέγμα. Σε κανονικές θερμοκρασίες περιβάλλοντος πραγματοποιείται πολύ λίγη αναπήδηση ιόντων, καθώς τα άτομα βρίσκονται σε σχετικά χαμηλές ενεργειακές καταστάσεις. Σε υψηλές θερμοκρασίες, ωστόσο, οι κενές θέσεις γίνονται κινητές και ορισμένα κεραμικά παρουσιάζουν αυτό που είναι γνωστό ως γρήγορη ιοντική αγωγιμότητα. Αυτά τα κεραμικά είναι ιδιαίτερα χρήσιμα σε αισθητήρες αερίου, κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες.
Αντίσταση και ηλεκτρόδια παχιάς και λεπτής μεμβράνης
Οι ημιμεταλλικοί κεραμικοί αγωγοί έχουν τις υψηλότερες αγωγιμότητα από όλα τα υπεραγωγικά κεραμικά (περιγράφονται παρακάτω). Παραδείγματα ημιμεταλλικών κεραμικών είναι το οξείδιο του μολύβδου (PbO), το διοξείδιο του ρουθηνίου (RuO 2), το ρουθηνικό βισμούθιο (Bi 2 Ru 2 O 7) και το ιριδικό βισμούθιο (Bi 2 Ir 2 O 7). Όπως τα μέταλλα, αυτά τα υλικά έχουν επικαλυπτόμενες ζώνες ενέργειας ηλεκτρονίων και επομένως είναι εξαιρετικοί ηλεκτρονικοί αγωγοί. Χρησιμοποιούνται ως "μελάνια" για αντιστάσεις εκτύπωσης οθόνης σε μικροκυκλώματα παχιάς μεμβράνης. Τα μελάνια είναι κονιοποιημένοι αγωγοί και σωματίδια υαλοπινάκων διασκορπισμένα σε κατάλληλα οργανικά, τα οποία προσδίδουν τις ιδιότητες ροής που είναι απαραίτητες για την εκτύπωση με οθόνη. Κατά την πυροδότηση, τα οργανικά καίγονται καθώς τα τζάμια συντήκονται. Μεταβάλλοντας την ποσότητα σωματιδίων αγωγού, είναι δυνατόν να παραχθούν μεγάλες διακυμάνσεις στην αντίσταση των παχιών υμενίων.
Κεραμικά που βασίζονται σε μίγματα οξειδίου του ινδίου (In 2 O 3) και οξειδίου του κασσιτέρου (SnO 2) - που αναφέρονται στη βιομηχανία ηλεκτρονικών ως οξείδιο του κασσιτέρου ινδίου (ITO) - είναι εξαιρετικοί ηλεκτρονικοί αγωγοί και έχουν την πρόσθετη αρετή ότι είναι οπτικά διαφανείς. Η αγωγιμότητα και η διαφάνεια προκύπτουν από το συνδυασμό ενός μεγάλου διακένου ζώνης και την ενσωμάτωση επαρκών δοτών ηλεκτρονίων. Υπάρχει έτσι μια βέλτιστη συγκέντρωση ηλεκτρονίων για μεγιστοποίηση τόσο της ηλεκτρονικής αγωγιμότητας όσο και της οπτικής μετάδοσης. Η ITO βλέπει εκτεταμένη εφαρμογή ως λεπτά διαφανή ηλεκτρόδια για ηλιακά στοιχεία και για οθόνες υγρών κρυστάλλων, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε οθόνες φορητών υπολογιστών. Το ITO χρησιμοποιείται επίσης ως αντίσταση λεπτής μεμβράνης σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Για αυτές τις εφαρμογές εφαρμόζεται με τυπικές τεχνικές εναπόθεσης λεπτής μεμβράνης και φωτολιθογραφίας.
