(Phys.org) — La zirconia cubica è stata a lungo preferita per il suo uso nella bigiotteria. Conosciuto scientificamente come zirconia stabilizzata con ittrio, è anche un noto conduttore di ossigeno, rendendolo utile come elettrolita nelle celle a combustibile ad ossido solido.

I ricercatori dell'Università del Delaware hanno recentemente fabbricato il materiale in film molto sottili sulla superficie dei cristalli di zaffiro usando una tecnica chiamata sputtering per determinare se la conduttività dell'ossigeno potesse essere migliorata, consentendo alle celle a combustibile ad ossido solido di diventare una fonte di energia elettrica più economica ed efficiente.

Nel loro studio, Joshua Hertz e il suo team hanno esaminato l'effetto della riduzione dello spessore della zirconia stabilizzata con ittrio fino a circa 6 nanometri, circa 20 atomi di spessore.

Il team di ricerca ha scoperto che una conseguenza del rendere il materiale così sottile è che la distanza tra gli atomi aumenta, allungando fino a circa il 2%.

"Questo può sembrare una piccola quantità, ma rappresenta un effetto molto grande per questo materiale, quale, come la maggior parte delle ceramiche, non si allunga facilmente, " ha spiegato Hertz, professore assistente di ingegneria meccanica.

Ma ancora più importante, lo stiramento ha aumentato la conduttività dell'ossigeno del materiale di un fattore 10.

Questa migliore conduttività può aprire la porta a dispositivi elettrochimici a stato solido più efficienti e durevoli come celle a combustibile a ossido solido e sensori di ossigeno che possono funzionare a temperature ridotte.

Il team ha riportato i loro risultati in Lettere di fisica applicata , una rivista scientifica di grande impatto. Il documento è intitolato "Miglioramento della conduttività ionica nei film sottili di zirconia stabilizzata con ittrio teso".

"Riteniamo che metodi simili possano essere utili per batterie e altri dispositivi che utilizzano diversi materiali elettrolitici solidi, " ha aggiunto l'autore principale del documento Jun Jiang, uno studente di dottorato UD che studia scienze e ingegneria dei materiali.