電気化学インピーダンス分光法

電気 化学 的 インピーダンス分光法 使用される強力な手法です 材料の特性評価 彼らがどのように妨げるかに基づいて 電気の流れ 微生物学などの多様なアプリケーションで そして耐食性。 サンプルの電気伝導率 メイクアップに基づいています すべてのコンポーネントの サンプルの。 このため、EISも使用できます の変更を検出するには、 数量または構造 各コンポーネントの。 EISは、 小さな正弦波の電気負荷 サンプルに接続された電極を横切る 幅広い周波数で。 測定された応答に基づいて、 インピーダンスは次のように計算されます。 各周波数。 コンピュータソフトウェアは、 結果のプロットに使用 等価回路モデルを構築します それが代表的です 観測されたデータの。 EIS を使用する一般的な目標 サンプルを分解しています 総電気インピーダンス からの貢献に 抵抗などのメカニズム、 静電容量、または誘導。 このビデオでは、 原則と手順 EISに関与して決定する 材料のインピーダンス。 また、作成方法も示します サンプルの等価回路モデル。

電気抵抗は 回路素子の能力 電気の流れに抵抗するため。 そして、オームの法則は抵抗を定義します 電圧を電流で割ったものとして。 しかし、交流電流を扱う場合、 電気インピーダンスはより正確です 能力の一般的な尺度 電気の流れに抵抗するため。 これは、 に加えて、 材料の抵抗、 それは、 メカニズムの貢献、 静電容量や誘導など。 印加されたAC信号が正弦波の場合 応答は線形です。 現在生産されている また、正弦波になります。 しかし、位相がずれました。 を説明するには 周波数と位相のシフト インピーダンス方程式を構築できます 回路の部品用 オイラーの関係を利用する と複素数。 これらのモデルは、データの解釈に使用されます インピーダンスを 抵抗器の周波数に依存しない、 に反比例 コンデンサの周波数、 そして直接関連しています インダクタの周波数。 EISテスト中、機器は サンプルへの交流フィールド電圧 そして、現在の応答を測定します。 現実と想像 インピーダンスの成分 によって計算されます 位相シフトの決定 振幅の変化 異なる周波数で。 ナイキストプロットが生成されます 虚数をプロットすることによって Y 軸上のコンポーネント X 軸上の実際のコンポーネント。 最も単純なナイキストの1つ plots は半円です。 その後、プロットが使用されます 回路モデルを作成するには それは最もよく表します サンプルのインピーダンス。 モデリング中、物理プロセス 回路の要素に対応します。 たとえば、電気二重層 コンデンサに対応します。 このプロットの等価回路モデル は直列の抵抗で表されます 抵抗とコンデンサを並列に使用しています。 これは一般的な出発点です ナイキストプロットの解釈用。 ソフトウェアはあなたに提示します 等価回路モデル付き あなたのナイキストプロットに基づく あなたが選ぶために。 これらのモデルがデータに適合しない場合 手動でモデリングできます。 データを適合させる回路、 複雑な作業です。 次のセクションでは、 その方法をご紹介します コントロールサンプルの検定 EISを使用した実験サンプル そして、等価回路を構築します を使用して、観測されたインピーダンス データを表します。

EIS機器とテストモジュールを収集します。 テストモジュールをフックアップします EIS機器へ モデルへの2つの電極を介して 単純な既知の回路。 コンピューターでZPlotソフトウェアを開きます をクリックして、テストモジュールのパラメータを設定します。 DC電位をゼロに設定し、 AC振幅は10ミリボルトまで、 とドロップダウン矢印 対開回路に。 初期周波数を 1 に設定する 6ヘルツの累乗に10倍、 最終周波数を100ヘルツに、 間隔を 10 に設定します。 10 年ごとの対数とステップを選択します。 測定してからスイープします。 新しい録音を開始します。 データの収集を開始します。 測定値と期待値の比較 テストモジュールの前面にあります。 値が一致しない場合、 配線や設備の確認、 そして再テストします。 ベータアルミナのサンプルを入手します そしてそれをアセンブリに入れます。 ヒュームフードでの作業、 アセンブリを管状炉に挿入します 電極を取り付けます。 ZPlotソフトウェアを開きます 同じパラメータを維持する テストモジュールに使用 をクリックし、Measureを押してからSweepを押します。 ZViewソフトウェアを開きます 結果を表示するには テストモジュールの場合と同様に。 プロットを保存します。 半円にフィットするように2つの点を選択します。 次に、インスタントフィットボタンを押します 最適なものを選ぶために 等価回路モデル。 簡単にするために、 この実験を行いました 室温で。 EISテストは通常、 ・・振幅、電圧の変動 温度だけでなく。

それでは、結果を見てみましょう。 EISの結果は次のとおりです ナイキストプロットで提示 実際のインピーダンスを示す 対複素インピーダンス 各周波数でテストしました。 回路の複数のオプション あなたのデータをモデル化するために提供されています、 最も単純なモデルを選択するのが最善です それでもデータは正確に反映されます。 次に、等価回路を選択します。 そして、結果のデータを使用して、 計算してみましょう サンプルの導電率。 データは線形ラインにフィットさせることもできます 導電率の方程式を使用します。 見つかった値の使用 このサンプルの繰り返しテストを通じて、 1.67の導電率 ミリシーメンス/センチメートル が計算されます。 と比較して 報告された導電率値 約4.1の ミリシーメンス/センチメートル。 これは、 私たちが選んだモデルは良かったです、 完璧にフィットするわけではありませんが。

今、あなたは方法を高く評価しています インピーダンスの測定とモデリングの 電気化学を用いる インピーダンス分光法、 いくつか見てみましょう このツールのアプリケーション。 EISは、 サンプル中の微生物。 サンプル上で細菌が増殖するとき 電気を変えることができます サンプルの導電率。 このため、EISは インピーダンスの測定に使用 人口増加を判断するため。 この手法は知られています インピーダンス微生物学として。 EISは、 塗料と腐食 予防産業。 を示す材料 抵抗 10の累乗未満 6オーム/センチメートル平方 から保護することはできません 電気化学プロセス その攻撃は毎日表面化しています。 EIS テストでは、 耐食性 使用する材料の 過酷な環境下では、 数十億ドルを節約 毎年修理中 米国だけでも。

JoVEの紹介を見ました 電気化学インピーダンス分光法へ。 これで理解できるはずです テストとモデル化の方法 インピーダンス特性 材料の。 ご覧いただきありがとうございます。