Суперио́ники (суперионные материалы), высокопроводящие ионные соединения, относящиеся к классу твердых электролитов. Эти вещества при комнатной температуре обладают высокой электрической проводимостью (10–1 - 10–3 Ом–1.см–1), сравнимой с проводимостью жидких электролитов и расплавов солей, обусловленной перемещением ионов по кристаллической решетке. Ионная проводимость в таких веществах обеспечивается переносом самых различных ионов — одно-, двух-, трехзарядных катионов (Ag+, Cu+, Li+, Na+, K+, Rb+, Tl+, Cs+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Pb2+, Al3+, Sc3+, Ce3+, Eu3+) и анионов (F–, Cl–, Br–, O2–, S2–). Существуют материалы, где носителями заряда служат ионы двух или даже трех сортов, и вещества со смешанной ионно-электронной проводимостью.
В структуре кристаллов супериоников для атомов одного или нескольких сортов отсутствует дальний порядок в их пространственном расположении, хотя для остальных частиц дальний порядок сохраняется, т. е. в этих соединениях существует структурное разупорядочение.
В зависимости от характера дефектообразования, приводящего к возникновению суперионного состояния, рассматривают три типа супериоников.
Первый тип образуют кристаллы с разупорядочением по одной из кристаллических подрешеток при неизменности химического состава вещества. Примером такого материала может служить соединение AgI, у которого разупорядочение проявляется в Ag-подрешетке. Отметим, что именно при нагреве AgI до температуры 147оС впервые было обнаружено резкое (в несколько тысяч раз) увеличение ионной проводимости.
Второй тип супериоников — вещества, у которых разупорядочение в какой-либо из подрешеток вызывается введением большой концентрации примесей. Это могут быть и твердые растворы оксидов металлов, содержащих ионы металлов разной валентности. Это могут быть и ионы одного типа, как, например ионы F2+ или Fe3+, а также и ионы различных металлов. Например, в соединениях Me4+O2 — Me2+O или Me4+O2 — Me3+2O металлами Me4+ могут быть Zr, Hf, Ce, металлами Me2+ — Cu, Ba, Sr, металлами Me3+ — Sc, Y.
Третий тип супериоников составляют вещества, у которых значительная ионная проводимость связана с быстрой миграцией специально введенных примесных ионов.
Высокопроводящие ионные соединения уже нашли применение, хотя механизм возникновения суперионного состояния до конца не ясен. В модели проводимости кристаллы супериоников рассматривают как кристаллы, имеющие прочный и ажурный трехмерный каркас, пронизанный каналами различной формы и сечения. В таких каналах статистически локализуются ионы, которые под действием электрического поля приходят в движение и транспортируют заряды. Известны катионные проводники в семействе сложных оксидов (b-глинозем), силикатов (цирконосиликаты — насикон, лисикон, алюмосиликаты — сподумен, эвкриптит), фторионные проводники на основе флюорита.
Вещества с ионной проводимостью используются как твердые электролиты. На основе супериоников можно создать конденсаторы, обладающие огромной емкостью, которая обусловлена атомно-малыми расстояниями между обкладками. На основе нестехиометрических фторидов со структурой флюорита CaF2 созданы применяемые на химических предприятиях датчики, фиксирующие появление в атмосфере следов фтора. В этих датчиках под действием напряжения источника питания «собственные» ионы фтора собираются у электрода, и ток отсутствует; если же фтор попадает в датчик из окружающей среды, то проводимость восстанавливается. Особый интерес представляют суперионные проводники с Li+- и Na+- ионной проводимостью, поскольку именно они дают максимальный выигрыш в энергии.
Одним из существенных достоинств суперионных проводников является возможность получать их в виде монокристаллов, порошков, плотных керамик, пленочных покрытий.