stringtranslate.com

Оксид иридия(IV)

Оксид иридия(IV) , IrO 2 , является единственным хорошо изученным оксидом иридия. Это твердое вещество сине-черного цвета. Соединение имеет рутиловую структуру TiO 2 , состоящую из шестикоординатного иридия и трехкоординатного кислорода. [1]

Он используется вместе с другими редкими оксидами при покрытии анодов-электродов для промышленного электролиза и в микроэлектродах для электрофизиологических исследований. [2]

По описанию его первооткрывателей, он может образоваться при обработке зеленой формы трихлорида иридия кислородом при высоких температурах:

2 IrCl 3 + 2 O 2 → 2 IrO 2 + 3 Cl 2

Также известна гидратная форма. [3]

Приложение

Диоксид иридия может быть использован как анодный электрод для промышленного электролиза и как микроэлектрод для электрофизиологических исследований. [4]

Диоксид иридия можно использовать для изготовления покрытых электродов. [5]

Механические свойства

Оксидные материалы обычно твердые и хрупкие, что означает, что они могут разрушаться под напряжением без значительной предварительной деформации. [6] Оксид иридия также является жестким материалом и не легко деформируется под напряжением. [7] Поскольку применение оксида иридия сосредоточено на покрытии электродов и каталитических материалах для электролиза, обсуждение механических свойств связано с этими применениями.

Модуль для младших

Модуль Юнга — это свойство материала, которое измеряет жесткость материала. Экспериментально измерив модуль Юнга, люди смогли понять, насколько сильно материал будет деформироваться под определенной нагрузкой, что важно при проектировании конструкций и предотвращении деформаций. [8] Для пленок оксида иридия данные о модуле Юнга имеют решающее значение для точного моделирования и проектирования электромеханических устройств, где механические свойства материала электрода существенно влияют на производительность устройства.

Поэтому исследователи использовали метод изгиба кантилевера для определения модуля Юнга тонкой пленки оксида иридия. [7] Сначала оксид иридия был нанесен на кремниевую пластину и изготовлен из консольных балок. С помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) тонкий кончик выравнивается по свободному концу луча и прикладывается небольшая сила. Приложенная сила и возникающее в результате отклонение были точно измерены для расчета жесткости, а затем модуля Юнга оксида иридия. Сообщается, что экспериментальное измерение модуля Юнга тонкой пленки оксида иридия составило 300 ± 15 ГПа. [7] По сравнению с металлическим иридием, модуль Юнга которого составляет 517 ГПа, [9] окисление иридия снижает жесткость материала.

Разрушение и отслоение пленки оксида иридия на подложке

Разрушение и расслоение являются хорошо известными проблемами при изготовлении устройств, в состав которых входит пленка оксида иридия. Расслоение обычно происходит из-за напряжений, возникающих между слоем IrO 2 и его подложкой во время производственных процессов.

Одной из потенциальных причин расслоения является несоответствие решеток оксида иридия и материала подложки. Оксид иридия имеет тетрагональную решетку с параметрами решетки 4,5 Å и 3,15 Å. [10] Напротив, популярные подложки, такие как золото и платина, имеют постоянную решетки примерно 4,08 Å и 3,92 Å соответственно. [11] Разница в параметре решетки может привести к деформации на границе раздела между слоем оксида иридия и подложкой, что приведет к разрушению и расслоению иридиевой пленки. Оксид иридия, напыленный на жидкокристаллический полимер, может стать потенциальным способом избежать расслоения. [12]

Другой причиной расслоения является применение высокотемпературных процессов во время изготовления, таких как отжиг . Отжиг включает нагрев оксида иридия до высокой температуры, но ниже температуры плавления (около 750–900 ° C), а затем его охлаждение, снимая внутренние напряжения и улучшая кристалличность и механические свойства оксида иридия. [13] Однако, если параметр решетки слоя оксида иридия значительно изменится по сравнению с подложкой после отжига, это может привести к большему несоответствию решетки, что увеличивает поверхностное натяжение и способствует образованию длинных трещин (аналогично механически напряженным трещинам). сообщили Мэйли и др. [14] ). Трещины создают точку разрыва, где снимается поверхностное напряжение, что приводит к расслоению и другим типам механических повреждений.

Даже если пленка оксида иридия остается неповрежденной в равновесных условиях, она все равно может расслаиваться в процессе эксплуатации. Коган и др. сообщили, что напыленные пленки оксида иридия могут расслаиваться после нескольких циклов циклической вольтамперометрии , что позволяет предположить, что пленка может расслаиваться под эксплуатационными нагрузками. [15] Затем команда ограничивает максимальное потенциальное смещение до 0,9 В, и видимого расслоения не происходит.

Рекомендации

  1. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ^ Коган, Стюарт Ф. (август 2008 г.). «Нейронная стимуляция и записывающие электроды». Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 10 (1): 275–309. doi : 10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518. ПМИД  18429704.
  3. ^ HL Grube (1963). «Платиновые металлы». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Нью-Йорк: Академическая пресса. п. 1590.
  4. ^ Коган, Стюарт Ф. (август 2008 г.). «Нейронная стимуляция и записывающие электроды». Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 10 (1): 275–309. doi : 10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518. ISSN  1523-9829. ПМИД  18429704.
  5. ^ "改性二氧化铱电极研制--《无机盐工业》1998年03期" . www.cnki.com.cn. ​Проверено 21 мая 2021 г.
  6. ^ Диллингем, Джайлз; Робертс, Роуз (2023). Достижения в области структурного клеевого соединения (второе издание) (2-е изд.). Издательство Вудхед. стр. 289–325. ISBN 9780323984379.
  7. ^ abc Ривас, Мануэль; Руди, Райан К.; Санчес, Брэдли; Грациано, Милена Б.; Фокс, Глен Р.; Сунал, Пол; Натарадж, Лата; Сандоз-Росадо, Эмиль; Лефф, Ашер К.; Хьюи, Брайан Д.; Полкавич, Рональд Г.; Ханрахан, Брендан (01 августа 2020 г.). «Верхние электроды из оксида иридия для улучшения пьезо- и пироэлектрических характеристик в тонкопленочных устройствах из цирконата и титаната свинца». Журнал материаловедения . 55 (24): 10351–10363. Бибкод : 2020JMatS..5510351R. дои : 10.1007/s10853-020-04766-5. ISSN  1573-4803.
  8. ^ «Значение модуля Юнга - Структурный блог» . thestructuralblog.com . 10 мая 2020 г. Проверено 12 мая 2024 г.
  9. ^ «Модуль Юнга, предел прочности и предел текучести для некоторых материалов» . www.engineeringtoolbox.com . Проверено 12 мая 2024 г.
  10. ^ Бестауи, Н.; Прузе, Э.; Дениар, П.; Брек, Р. (1993). «Структурная и аналитическая характеристика тонкого слоя оксида иридия». Тонкие твердые пленки . 235 (1–2): 35–42. Бибкод : 1993TSF...235...35B. дои : 10.1016/0040-6090(93)90239-л. ISSN  0040-6090.
  11. ^ "nglos324 - платина" . www.princeton.edu . Проверено 12 мая 2024 г.
  12. ^ Ван, К.; Чунг-Чиун Лю; Дюран, DM (2009). «Гибкий электрод для стимуляции нервов с напылением оксида иридия на жидкокристаллический полимер». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 56 (1): 6–14. дои : 10.1109/TBME.2008.926691. ISSN  0018-9294. ПМЦ 2738844 . ПМИД  19224713. 
  13. ^ Донг, Цючэнь; Сун, Дунхуэй; Хуан, Икунь; Сюй, Чжихэн; Чепмен, Джеймс Х.; Уиллис, Уильям С.; Ли, Байкунь; Лей, Ю (2018). «Высокотемпературный отжиг позволил использовать нановолокна оксида иридия как для неферментативного измерения глюкозы, так и для твердотельного измерения pH». Электрохимика Акта . 281 : 117–126. дои : 10.1016/j.electacta.2018.04.205 . ISSN  0013-4686.
  14. ^ Мэйли, Южная Каролина; Хайланд, М; Мэйли, П; Маклафлин, Дж. М.; МакАдамс, ET (2002). «Электрохимические и структурные характеристики электроосажденных тонкопленочных электродов из оксида иридия, применяемых для нейростимулирующего электрического сигнала». Материаловедение и инженерия: C . 21 (1–2): 167–175. дои : 10.1016/s0928-4931(02)00098-x. ISSN  0928-4931.
  15. ^ Коган, Стюарт Ф.; Эрлих, Юлия; Планте, Тимоти Д.; Смирнов Антон; Шайр, Дуглас Б.; Джинджерич, Маркус; Риццо, Джозеф Ф. (2009). «Напыленные пленки оксида иридия для электродов нейронной стимуляции». Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть B: Прикладные биоматериалы . 89Б (2): 353–361. дои : 10.1002/jbm.b.31223. ISSN  1552-4973. ПМЦ 7442142 . ПМИД  18837458.