전기 화학적 임피던스 분광학

전기 임피던스 분광법 사용되는 강력한 기술입니다. 재료를 특성화하기 위해 그들이 어떻게 방해하는지에 따라 전기의 흐름 미생물학과 같은 다양한 응용 분야에서 그리고 내식성. 시료의 전기 전도도 메이크업을 기반으로 합니다. 모든 구성 요소 중 샘플의. 이 때문에 EIS도 사용할 수 있습니다 의 변경 사항을 감지하려면 수량 또는 구조 각 구성 요소의. EIS는 다음을 적용하여 수행됩니다. 작은 정현파 전기 부하 시료에 연결된 전극 간 광범위한 주파수에서. 측정된 응답을 기반으로 임피던스는 다음에서 계산됩니다. 각 주파수. 컴퓨터 소프트웨어는 다음과 같습니다. 결과를 플롯하는 데 사용됩니다. 등가 회로 모델을 구축합니다. 그것이 대표적이다 관찰된 데이터의. EIS를 사용하는 일반적인 목표 샘플의 총 전기 임피던스 에서 기여로 저항과 같은 메커니즘, 커패시턴스 또는 인덕션. 이 비디오는 다음을 설명합니다. 원칙과 절차 EIS에 참여하여 다음을 결정합니다. 재료의 임피던스. 또한 만드는 방법도 보여줍니다. 샘플의 등가 회로 모델.

전기 저항은 회로 소자의 능력 전기의 흐름에 저항합니다. 그리고 옴의 법칙은 저항을 정의합니다 전압을 전류로 나눈 값으로. 그러나 AC 전류를 다룰 때 전기 임피던스가 더 정확합니다. 그리고 능력의 일반적인 측정 전기의 흐름에 저항합니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 그 외에도 재료의 저항, 그것은 계정을 가지고 있습니다 메커니즘의 기여, 커패시턴스 및 인덕션과 같은. 인가된 AC 신호가 정현파인 경우 그리고 반응은 선형입니다. 생성된 전류 또한 사인파가 될 것입니다. 그러나 위상이 바뀌었습니다. 를 고려하기 위해 주파수 및 위상 변이 임피던스 방정식을 만들 수 있습니다. 회로의 구성 요소용 오일러의 관계를 사용하여 및 복소수. 이러한 모델은 데이터를 해석하는 데 사용됩니다 임피던스를 보여주는 것은 다음과 같습니다. 저항기에 대한 주파수와 무관하며, 와 반비례 커패시터의 주파수, 그리고 직접 관련이 있습니다. 인덕터의 주파수. EIS 테스트 중에 기기는 샘플에 대한 교류 자기장 전압 현재 응답을 측정합니다. 현실과 상상 임피던스의 구성 요소 에 의해 계산됩니다. 위상 변이 결정 및 진폭의 변화 다른 주파수에서. 나이퀴스트 플롯이 생성됩니다. 허수를 플로팅하여 Y축의 구성 요소 그리고 X축의 실제 구성 요소. 가장 간단한 나이퀴스트 중 하나 plots는 반원입니다. 그런 다음 플롯이 사용됩니다 회로 모델을 구축하려면 가장 잘 나타내는 샘플의 임피던스. 모델링 중 물리적 프로세스 회로의 요소에 해당합니다. 예를 들어, 전기 이중층 커패시터에 해당합니다. 이 그림에 대한 등가 회로 모델 직렬로 연결된 저항으로 표시됩니다. 저항과 커패시터를 병렬로 연결합니다. 이것은 일반적인 시작 장소입니다 Nyquist 플롯의 해석을 위해. 소프트웨어가 당신을 제시 할 것입니다 등가 회로 모델 포함 나이퀴스트 플롯을 기반으로 합니다. 당신이 선택할 수 있습니다. 이러한 모형이 데이터에 적합하지 않은 경우 수동으로 모델링할 수 있습니다. 회로를 데이터에 맞게 조정하고, 복잡한 작업입니다. 다음 섹션에서는 우리는 당신에게 방법을 보여줄 것입니다 대조군 샘플 테스트 EIS를 사용한 실험 샘플 그런 다음 등가 회로를 구축하십시오. 관찰된 임피던스 데이터를 나타냅니다.

EIS 기기와 테스트 모듈을 수집합니다. 테스트 모듈 연결 EIS 기기로 이동 두 개의 전극을 통해 모델링 알려진 간단한 회로입니다. 컴퓨터에서 ZPlot 소프트웨어를 엽니다. 테스트 모듈의 매개변수를 설정합니다. DC 전위를 0으로 설정하고, AC 진폭에서 10밀리볼트, 및 드롭다운 화살표 대 개방 회로에. 초기 주파수를 1로 설정 10을 곱하여 6헤르츠의 거듭제곱, 최종 주파수를 100Hz로, 간격을 10으로 설정합니다. 로그 및 10년당 단계를 선택합니다. 측정한 다음 스윕하여 새 녹음을 시작합니다. 데이터 수집을 시작합니다. 측정값을 예상 값과 비교합니다. 테스트 모듈 전면에 있습니다. 값이 일치하지 않으면 배선 및 장비 점검, 그리고 다시 테스트하십시오. 베타 알루미나 샘플 확보 그리고 어셈블리에 넣으십시오. 흄 후드에서 일하면서, 어셈블리를 관상로에 삽입합니다. 전극을 부착합니다. ZPlot 소프트웨어를 엽니다. 동일한 매개 변수 유지 테스트 모듈에 사용 그리고 Measure를 누른 다음 Sweep을 누릅니다. ZView 소프트웨어를 엽니다. 을 클릭하여 결과를 확인합니다. 테스트 모듈에서와 마찬가지로. 플롯을 저장합니다. 반원에 맞도록 두 점을 선택합니다. 그런 다음 인스턴트 핏 버튼을 누릅니다. 최고를 선택하기 위해 등가 회로 모델. 단순화를 위해 이 실험을 실행했습니다. 실온에서. EIS 테스트는 일반적으로 다음과 같이 실행됩니다. 다양한 진폭 또는 전압 뿐만 아니라 온도.

이제 결과를 살펴보겠습니다. EIS의 결과는 다음과 같습니다. Nyquist 플롯에 제시 실제 임피던스 표시 복합 임피던스 대 테스트된 각 주파수에서. 회로의 다양한 옵션 데이터를 모델링하기 위해 제공됩니다. 가장 간단한 모델을 선택하는 것이 가장 좋습니다 여전히 데이터를 정확하게 반영합니다. 다음으로, 등가 회로를 선택합니다. 및 결과 데이터를 사용하여, 계산해 보겠습니다. 샘플의 전도도. 데이터를 선형 라인에 맞출 수도 있습니다 전도성 방정식을 사용합니다. 찾은 값 사용 이 샘플에 대한 반복 테스트를 통해 전도도 1.67 밀리지멘스/센티미터 가 계산되고, 에 비해 보고된 전도도 값 약 4.1의 밀리지멘스 센티미터. 이는 우리가 선택한 모델은 좋았습니다. 완벽하지는 않지만.

이제 방법에 대해 알아 보았습니다. 임피던스 측정 및 모델링 전기화학 사용 임피던스 분광법, 몇 가지를 살펴 보겠습니다. 이 도구의 응용 프로그램. EIS를 사용하여 다음을 확인할 수 있습니다. 샘플의 미생물. 샘플에서 박테리아가 자랄 때 그것은 전기를 바꿀 수 있습니다 샘플의 전도도. 이 때문에 EIS는 다음과 같을 수 있습니다. 임피던스를 측정하는 데 사용됩니다. 인구 증가를 결정합니다. 이 기술은 알려져 있습니다 임피던스 미생물학으로. EIS는 다음에서도 사용됩니다. 페인트와 부식 예방 산업. 를 표시하는 재료 전기 저항 전력에 10 미만 센티미터 제곱당 6옴 로부터 보호하지 못할 수 있습니다. 전기 화학 공정 이러한 공격은 매일 표면화됩니다. EIS 테스트는 다음을 예측합니다. 내식성 재산 사용할 재료 수 열악한 환경에서, 수십억 달러 절약 매년 수리에서 미국에서만 가능합니다.

방금 JoVE의 소개를 시청했습니다. 전기화학 임피던스 분광법으로. 이제 이해해야 합니다. 테스트 및 모델링 방법 임피던스 특성 재료의. 시청해 주셔서 감사합니다.