stringtranslate.com

Оксид иридия(IV)

Оксид иридия (IV) , IrO 2 , является единственным хорошо изученным оксидом иридия. Это сине-черное твердое вещество. Соединение имеет структуру рутила TiO 2 , включающую шесть координат иридия и три координаты кислорода. [1]

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

По словам его первооткрывателей, его можно получить путем обработки зеленой формы трихлорида иридия кислородом при высоких температурах:

2IrCl3 + 2O2 → 2IrO2 + 3Cl2​

Известна также гидратированная форма. [3]

Приложение

Диоксид иридия может быть использован в качестве анодного электрода для промышленного электролиза и в качестве микроэлектрода 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 нагрузкой без значительной предварительной деформации. [6] Оксид иридия также является жестким материалом и нелегко деформируется под нагрузкой. [7] Поскольку применение оксида иридия сосредоточено на электродных покрытиях и каталитических материалах для электролиза, обсуждение механических свойств связано с этими применениями.

Модуль Юнга

Модуль Юнга — это свойство материала, которое измеряет жесткость материала. Экспериментально измеряя модуль Юнга, люди могли бы понять, насколько материал будет деформироваться под определенной нагрузкой, что имеет важное значение 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 в виде консольных балок. Используя атомно-силовой микроскоп (АСМ), тонкий наконечник выравнивается по свободному концу балки и прикладывается крошечная сила. Приложенная сила и полученное отклонение были точно измерены для расчета жесткости, а затем модуля Юнга оксида иридия. Сообщается, что экспериментальное измерение модуля Юнга тонкой пленки оксида иридия составляет 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

Трещины и расслоение являются хорошо известными проблемами при изготовлении устройств, включающих пленку оксида иридия. Расслоение обычно возникает из-за напряжений, которые возникают между слоем IrO 2 и его подложкой в ​​ходе производственных процессов.

Одной из возможных причин расслоения является несоответствие решеток между оксидом иридия и материалом подложки. Оксид иридия имеет тетрагональную решетку с параметрами решетки 4,5Å и 3,15Å. [10] Напротив, популярные подложки, такие как золото и платина, имеют постоянные решетки приблизительно 4,08 Å и 3,92 Å соответственно. [11] Разница в параметрах решетки может привести к деформации на границе между слоем оксида иридия и подложкой, что приведет к разрушению и расслоению иридиевой пленки. Распыление оксида иридия на жидкокристаллический полимер может быть потенциальным способом избежать расслоения. [12]

Другой причиной расслоения является включение высокотемпературных процессов во время изготовления, таких как отжиг . Отжиг включает в себя нагрев оксида иридия до высокой температуры, но ниже точки плавления (около 750-900 °C), а затем охлаждение, снимая внутренние напряжения и улучшая кристалличность и механические свойства оксида иридия. [13] Однако, если параметр решетки слоя оксида иридия значительно изменяется 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, о которых сообщают Мэйли и др. [14] ). Трещины создают точку разрыва, где снимается поверхностная деформация, что приводит к расслоению и другим типам механических разрушений.

Даже если пленка оксида иридия остается неповрежденной в условиях равновесия, она все равно может расслоиться во время работы. Коган и др. сообщили, что распыленные пленки оксида иридия могут расслоиться после нескольких циклов циклической вольтамперометрии , что предполагает, что пленка может расслоиться под рабочими нагрузками. [15] Затем группа ограничивает максимальное смещение потенциала до 0,9 В, и никакого видимого расслоения не происходит.

Ссылки

  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 регистрирующие электроды». Ежегодный обзор биомедицинской инженерии . 10 (1): 275–309. doi :10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518. PMID  18429704.
  3. ^ HL Grube (1963). "Платиновые металлы". В G. Brauer (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . NY: Academic Press. стр. 1590.
  4. ^ Коган, Стюарт Ф. (август 2008 г.). «Нейронная стимуляция и регистрирующие электроды». Annual Review of Biomedical Engineering . 10 (1): 275–309. doi :10.1146/annurev.bioeng.10.061807.160518. ISSN  1523-9829. PMID  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, Джайлс; Робертс, Роуз (2023). Достижения в области структурного склеивания (второе издание) (2-е изд.). Woodhead Publishing. 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, Эшер К.; Хьюи, Брайан Д.; Полкавич, Рональд Г.; Ханрахан, Брендан (2020-08-01). «Верхние электроды из оксида иридия для улучшения пьезо- и пироэлектрических характеристик тонкопленочных устройств из цирконата-титаната свинца». Журнал материаловедения . 55 (24): 10351–10363. Bibcode : 2020JMatS..5510351R. doi : 10.1007/s10853-020-04766-5. ISSN  1573-4803.
  8. ^ "Значение модуля Юнга - The Structural Blog". thestructuralblog.com . 2020-05-10 . Получено 2024-05-12 .
  9. ^ "Значения модуля Юнга, предела прочности на растяжение и предела текучести для некоторых материалов". www.engineeringtoolbox.com . Получено 2024-05-12 .
  10. ^ Bestaoui, N.; Prouzet, E.; Deniard, P.; Brec, R. (1993). «Структурная и аналитическая характеристика тонкого слоя оксида иридия». Thin Solid Films . 235 (1–2): 35–42. Bibcode : 1993TSF...235...35B. doi : 10.1016/0040-6090(93)90239-l. ISSN  0040-6090.
  11. ^ "nglos324 - platinum". www.princeton.edu . Получено 2024-05-12 .
  12. ^ Ван, К.; Чун-Чиун Лю; Дюран, Д.М. (2009). «Гибкий электрод для стимуляции нервов с напылением оксида иридия на жидкокристаллический полимер». Труды IEEE по биомедицинской инженерии . 56 (1): 6–14. doi :10.1109/TBME.2008.926691. ISSN  0018-9294. PMC 2738844. PMID 19224713  . 
  13. ^ Dong, Qiuchen; Song, Donghui; Huang, Yikun; Xu, Zhiheng; Chapman, James H.; Willis, William S.; Li, Baikun; Lei, Yu (2018). «Высокотемпературный отжиг позволил использовать нановолокна оксида иридия как для неферментативного измерения глюкозы, так и для твердотельного измерения pH». Electrochimica Acta . 281 : 117–126. doi : 10.1016/j.electacta.2018.04.205 . ISSN  0013-4686.
  14. ^ Mailley, SC; Hyland, M; Mailley, P; McLaughlin, JM; McAdams, ET (2002). «Электрохимические и структурные характеристики тонкопленочных электродов из электроосажденного оксида иридия, применяемых для нейростимулирующего электрического сигнала». Materials Science and Engineering: C . 21 (1–2): 167–175. doi :10.1016/s0928-4931(02)00098-x. ISSN  0928-4931.
  15. ^ Коган, Стюарт Ф.; Эрлих, Джулия; 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 . 89B (2): 353–361. doi :10.1002/jbm.b.31223. ISSN  1552-4973. PMC 7442142. PMID 18837458  .