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:
Также известна гидратная форма. [3]
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]
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 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 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.