Materiales cerámicos conductores iónicos: B-alúmina de sodio, NASICON, NZP y circonia

La B-alúmina de sodio (Na₂O₁₁Al₂O₃ = NaAl₁₁O₁₇) es un material mecánicamente duro que es un buen conductor iónico. Las placas rígidas y densas de Al₂O₃ se unen a través de unos pocos puentes de iones O^2–. El plano que contiene estos puentes contiene también iones Na⁺, que pueden moverse entre los huecos de la red porque no hay estrangulamientos importantes que impidan su movimiento (cuellos de botella). Empaquetamiento FCC de iones oxido.

NASICON es una disolución sólida no-estequiométrica derivada del compuesto NaZr₂P₃O₁₂ y que presenta una estructura de armazón construida a partir de octaedros ZrO₆ y tetraedros PO₄. A partir del compuesto inicial, se puede obtener una disolución sólida por sustitución parcial de átomos de P por Si. Esto origina un exceso de carga negativa que se electroneutraliza con la presencia de más iones Na⁺. La fórmula del NASICON es, por tanto, Na_1+xZr₂P_3–xSi_xO₁₂. En este material, el conjunto de posiciones potenciales de Na⁺ está sólo parcialmente ocupado. Estas posiciones se disponen en una red tridimensional de canales que permiten la rápida migración de los iones Na⁺.

El NaZr₂(PO₄)₃ (NZP) consiste en octaedros de ZrO₆ unidos por tetraedros de PO₄. Cada tetraedro de PO₄ comparte vértices con cuatro octaedros. Esta disposición crea una estructura en canales con dos tipos de posiciones catiónicas. Tipo I. Un hueco prisma-trigonal distorsionado ocupado por los iones Na⁺ en el NZP. Tipo II. Un hueco de mayor tamaño. Este tipo de estructura AM₂(PO₄)₃ la adoptan muchos compuestos en los que A puede ser un metal alcalino o alcalinotérreo, M un metal de transición (Ti, Zr, Nb, Cr o Fe) y el P puede estar sustituido por Si.

La circonia, ZrO₂, tiene una estructura tipo fluorita (cúbica) a elevada temperatura, pero al enfriar hasta temperatura ambiente se forman dos fases con estructuras tetragonal (fluorita distorsionada) y monoclínica. La estructura tipo fluorita puede estabilizarse a temperatura ambiente sustituyendo algunos iones Zr⁴⁺ por otros iones de similar tamaño, como Ca²⁺ y Y³⁺. Al dopar la circonia con estos iones, en un estado de oxidación menor, se producen vacantes en las posiciones aniónicas de la red para preservar la electroneutralidad del cristal. Un ejemplo es el Y_xZr_1–xO_2–x/2, la circonia estabilizada con itrio (YSZ). Se necesita el uso de dopantes para estabilizar la estructura cristalina. Todas las posiciones catiónicas de la red tipo fluorita están ocupadas, pero la estructura presenta un elevado número de vacantes aniónicas con valores 0 < X < 0.15.