La spettroscopia di impedenza elettrochimica

Elettrochimico Spettroscopia di impedenza è una tecnica potente utilizzata per caratterizzare i materiali in base al modo in cui ostacolano il flusso di energia elettrica in applicazioni diverse come la microbiologia e resistenza alla corrosione. La conducibilità elettrica di un campione si basa sul make up di tutti i componenti del campione. Per questo motivo, è possibile utilizzare anche EIS per rilevare le modifiche nel Quantità o struttura di ciascun componente. La EIS viene eseguita applicando un piccolo carico elettrico sinusoidale attraverso gli elettrodi collegati a un campione a un'ampia gamma di frequenze. In base alla risposta misurata, l'impedenza è calcolata a ciascuna delle frequenze. Il software per computer è quindi Utilizzato per tracciare i risultati e costruire un modello di circuito equivalente che è rappresentativo dei dati osservati. L'obiettivo tipico dell'utilizzo di EIS sta scomponendo il campione impedenza elettrica totale in contributi da meccanismi quali la resistenza, capacità o induzione. Questo video illustrerà I principi e le procedure coinvolti nell'EIS per determinare l'impedenza di un materiale. Verrà inoltre illustrato come creare modelli di circuito equivalenti del campione.

La resistenza elettrica è il Capacità di un elemento circuitale per resistere al flusso di elettricità. E la legge di Ohm definisce la resistenza come tensione divisa per corrente. Quando si ha a che fare con le correnti CA, tuttavia, l'impedenza elettrica è più accurata e misura generale della capacità per resistere al flusso di elettricità. Questo perché, oltre al resistenza del materiale, Esso rappresenta il contributo dei meccanismi, come la capacità e l'induzione. Se un segnale CA applicato è sinusoidale e la risposta è lineare, la corrente prodotta sarà anche sinusoidale, ma si è spostato in fase. Per tenere conto del Sfasamento di frequenza e di fase Possiamo costruire equazioni di impedenza per componenti di un circuito utilizzando la relazione di Eulero e numeri complessi. Questi modelli vengono utilizzati per interpretare i dati che mostra l'impedenza per essere indipendente dalla frequenza per i resistori, inversamente correlato a frequenza per condensatori, e direttamente correlati frequenza per gli induttori. Durante i test EIS, lo strumento si applica una tensione di campo alternata a un campione e misura la risposta corrente. Il reale e l'immaginario Componenti dell'impedenza sono calcolati da Determinazione dello sfasamento e variazione di ampiezza a frequenze diverse. Viene generato un grafico di Nyquist tracciando l'immaginario componente sull'asse Y e la componente reale sull'asse X. Uno dei più semplici Nyquist Trame è un semicerchio. Il grafico viene quindi utilizzato Per costruire un modello di circuito che meglio rappresenta il impedenza del campione. Durante la modellazione, i processi fisici corrispondono agli elementi di un circuito. Ad esempio, un doppio strato elettrico corrisponde a un condensatore. Il modello di circuito equivalente per questo grafico è rappresentato da un resistore in serie con un resistore e un condensatore in parallelo. Questo è un punto di partenza comune per l'interpretazione di un complotto di Nyquist. Il software ti presenterà con modelli di circuito equivalenti basato sul tuo grafico di Nyquist tra cui scegliere. Se questi modelli non corrispondono ai tuoi dati È possibile modellare manualmente un circuito per adattare i dati, un compito complicato. Nella sezione successiva, Ti mostreremo come Testare un campione di controllo e un campione sperimentale con EIS e poi costruire un circuito equivalente per rappresentare i dati di impedenza osservati.

Raccogli gli strumenti EIS e un modulo di test. Collegare il modulo di test agli strumenti EIS tramite due elettrodi per modellare un semplice circuito conosciuto. Apri il software ZPlot sul computer per impostare i parametri per il modulo di test. Impostare il potenziale CC a zero, Ampiezza CA fino a 10 millivolt, e la freccia a discesa a contro circuito aperto. Impostare la frequenza iniziale su uno moltiplicato per 10 per alimentare sei hertz, frequenza finale a 100 hertz, e intervallo a 10. Seleziona logaritmico e passi per decennio. Misurare, quindi spazzare, per avviare una nuova registrazione, e inizia a raccogliere dati. Confrontare i valori misurati con i valori attesi si trova sulla parte anteriore del modulo di test. Se i valori non corrispondono, controllare il cablaggio e le apparecchiature, e ripetere il test. Ottenere il campione di allumina beta e mettilo nell'assemblaggio. Lavorare nella cappa aspirante, Inserire il gruppo nel forno tubolare e collegare gli elettrodi. Apri il software ZPlot mantenendo gli stessi parametri utilizzato per il modulo di test e premere misura, quindi scorrere. Apri il software ZView per visualizzare i risultati come hai fatto per il modulo di test. Salva i grafici. Scegli due punti per adattarli al semicerchio. Quindi premere il pulsante di adattamento istantaneo per scegliere il meglio modello di circuito equivalente. Per semplificare, Abbiamo eseguito questo esperimento a temperatura ambiente. I test EIS sono solitamente eseguiti da Variazione di ampiezza o tensione così come la temperatura.

Diamo ora un'occhiata ai nostri risultati. I risultati dell'EIS sono presentato in una trama di Nyquist mostrando l'impedenza reale rispetto all'impedenza complessa ad ogni frequenza testata. Molteplici opzioni di circuiti per modellare i tuoi dati sono forniti, È meglio scegliere il modello più semplice che riflette ancora accuratamente i dati. Quindi, scegli un circuito equivalente, e utilizzando i dati risultanti, Calcoliamo il conducibilità del campione. I dati possono anche essere adattati a una linea lineare Utilizzo dell'equazione per la conducibilità. Utilizzo dei valori trovati attraverso prove ripetute per questo campione, una conducibilità di 1,67 millisiemens per centimetro è calcolato, rispetto al Valore di conducibilità riportato di circa 4,1 millisiemens per centimetro. Ciò indica che il modello che abbiamo scelto era un buon anche se non si adatta perfettamente.

Ora che apprezzi i metodi di misura e modellazione dell'impedenza utilizzando l'elettrochimica spettroscopia di impedenza, Diamo un'occhiata ad alcuni di le applicazioni di questo strumento. EIS può essere utilizzato per guardare microrganismi in un campione. Quando i batteri crescono su un campione può cambiare l'impianto elettrico conducibilità del campione. Per questo motivo, l'EIS può essere Utilizzato per misurare l'impedenza per determinare la crescita della popolazione. Questa tecnica è nota come la microbiologia dell'impedenza. EIS è utilizzato anche in la vernice e la corrosione industrie di prevenzione. Materiali che mostrano un resistenza inferiore a 10 alla potenza sei Ohm per centimetro quadrato potrebbe non proteggere contro il processi chimici elettrici Questo attacco emerge ogni giorno. Il test EIS prevede il Proprietà di resistenza alla corrosione di materiali da utilizzare in ambienti difficili, Risparmio di miliardi di dollari in riparazione ogni anno solo negli Stati Uniti.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla spettroscopia di impedenza elettrochimica. Ora dovresti capire Come testare e modellare il Caratteristiche di impedenza di materiali. Grazie per l'attenzione.