Die Untersuchung von spannungsinduzierter Elektronenleitfähigkeit in Yttrium stabilisiertem Zirconiumdioxid

Abstract

Die örtliche Leitfähigkeit von einkristallinem, Yttrium-stabilisierten Zirconiumdioxid (YSZ) wurde über Impedanzspektroskopie bei 350°C untersucht. Durch das Anlegen einer Spannung von 110V zwischen einer Platin-Mikroelektrode (80 µm Durchmesser) und einer verhältnismäßig großen Platin-Gegenelektrode breitete sich eine schwarzgefärbte Reduktionsfront kreisförmig ausgehend von der Mikroelektrode aus. Impedanzmessungen nach dem Abschalten der Gleichspannung zeigen einen erhöhten Wert der lokalen Leitfähigkeit, der eine stark erhöhte Elektronenleitfähigkeit in YSZ wiederspiegelt.<br />Anschließend wurde eine charakteristische Relaxation der Leitfähigkeit beobachtet, die von einem Verblassen der Färbung begleitet wurde. Das inhomogene Leitfähigkeitsprofil innerhalb der reduzierten Zone wurde über die Messung der von dem Färbezentrum benachbarten Mikroelektroden bestimmt. Die elektronische Aktivierungsenergie von 0,85eV wurde aus den experimentellen Daten berechnet.<br />

The local conductivity of single crystals of yttria-stabilized zirconia (YSZ) has been investigated by measuring impedance spectra at 350°C. By applying a DC voltage up to 110 V between a Pt microcontact of 80 µm diameter and a large Pt counter electrode a visible blackened spherical reduction front spread through the sample, with the microcontact as the center. Impedance spectra measured after disconnecting the DC voltage indicated an increased value of the local conductivity around the microcontact which reflects strongly enhanced electron conduction in YSZ. Subsequently a characteristic relaxation of the conductivity took place, associated with the collapse of the reaction front. The inhomogenity of the local conductivity within the reduction zone was determined, assembling a profile of the reduced surface by sampling microcontacts in the vicinity of the center contact.<br />The electronic activation energy of 0,85eV was calculated from experimental data.