Электрохимическая импедансная спектроскопия

Электрохимический Импедансная спектроскопия является мощным используемым приемом для определения характеристик материалов в зависимости от того, как они препятствуют Поток электричества в таких разнообразных приложениях, как микробиология и коррозионная стойкость. Электропроводность образца основан на макияже всех компонентов образца. Благодаря этому EIS также можно использовать для обнаружения изменений в количество или структура каждого компонента. ЭИС выполняется путем нанесения небольшая синусоидальная электрическая нагрузка через электроды, подключенные к образцу в широком диапазоне частот. Основываясь на измеренной реакции, Импеданс вычисляется при каждой из частот. Компьютерное программное обеспечение тогда используется для построения графика результатов и построить эквивалентную схемотехническую модель что является репрезентативным наблюдаемых данных. Типичная цель использования EIS - это разбивка образца Общее электрическое сопротивление в взносы от такие механизмы, как сопротивление, емкостный, или индукционный. Это видео проиллюстрирует Принципы и процедуры привлекаются к ЗВОС для определения Импеданс материала. Также будет показано, как создавать эквивалентные схемотехнические модели образца.

Электрическое сопротивление — это Способность элемента схемы противостоять потоку электричества. А закон Ома определяет сопротивление как напряжение, деленное на ток. Однако, когда речь идет о переменных токах, Электрическое сопротивление является более точным и общая мера способностей противостоять потоку электричества. Это связано с тем, что: В дополнение к стойкость материала, Он объясняет вклад механизмов, такие как емкостные и индукционные. Если подаваемый сигнал переменного тока синусоидальный и реакция линейная, Текущий произведенный также будет синусоидальной, но сдвинулись по фазе. Чтобы учесть Сдвиг частоты и фазы Мы можем строить уравнения импеданса для компонентов цепи с использованием соотношения Эйлера и комплексные числа. Эти модели используются для интерпретации данных отображение импеданса равным независимость резисторов от частоты, обратно пропорционально частота для конденсаторов, и непосредственно связанные с частота для индукторов. Во время тестирования EIS прибор прикладывает переменное полевое напряжение на образце и измеряет текущую реакцию. Реальное и воображаемое составляющие импеданса рассчитываются по Определение фазового сдвига и изменение амплитуды на разных частотах. Генерируется график Найквиста путем построения сюжета воображаемого компонент по оси Y и вещественная составляющая по оси X. Один из самых простых Найквиста Сюжеты представляют собой полукруг. Затем используется сюжет Построение модели цепи который наилучшим образом представляет импеданс образца. Во время моделирования физические процессы соответствуют элементам цепи. Например, двойной электрический слой соответствует конденсатору. Эквивалентная модель цепи для этого графика представлен последовательно расположенным резистором с параллельным расположением резистора и конденсатора. Это обычная отправная точка для интерпретации сюжета Найквиста. Программное обеспечение представит вам с аналогичными моделями схем на основе вашего сюжета Найквиста для вашего выбора. Если эти модели не подходят для ваших данных Вы можете смоделировать объект вручную схема для подгонки данных, Сложная задача. В следующем разделе Мы покажем вам, как Испытание контрольного образца и экспериментальный образец с ЭИС а затем построить эквивалентную схему для представления данных наблюдаемого импеданса.

Соберите приборы EIS и тестовый модуль. Подсоедините тестовый модуль к инструментам EIS с помощью двух электродов для моделирования Простая известная схема. Откройте программу ZPlot на компьютере , чтобы задать параметры для тестового модуля. Установите потенциал постоянного тока в ноль, амплитуда переменного тока до 10 милливольт, и стрелка выпадающего вниз против разомкнутой цепи. Установите начальную частоту равной единице умножить на 10 до мощности шесть герц, конечная частота до 100 Гц, и интервал до 10. Выберите логарифм и шаги по декаду. Измерьте, затем подметайте, чтобы начать новую запись, и начать сбор данных. Сравнение измеренных значений с ожидаемыми значениями находится на лицевой стороне тестового модуля. Если значения не совпадают, проверить проводку и оборудование, и повторное тестирование. Получить образец бета-оксида алюминия и поставить его в сборку. Работа в вытяжном шкафу, Вставьте узел в трубчатую печь и прикрепите электроды. Откройте программное обеспечение ZPlot сохранение прежних параметров используется для тестового модуля и нажать измерить, затем подметать. Откройте программное обеспечение ZView для просмотра результатов Как вы сделали для тестового модуля. Сохраните участки. Выберите две точки по размеру полукруга. Затем нажмите кнопку мгновенной подгонки выбрать лучшее Модель эквивалентной схемы. Для упрощения, Мы провели этот эксперимент при комнатной температуре. Тесты EIS обычно проводятся с помощью переменная амплитуда или напряжение а также температура.

Давайте теперь посмотрим на наши результаты. Результаты ЗВОС представлен в виде сюжета Найквиста показ реального импеданса в сравнении с комплексным импедансом на каждой проверенной частоте. Несколько вариантов цепей для моделирования ваших данных предоставлены, Лучше всего выбрать самую простую модель который по-прежнему точно отражает данные. Далее выбирают равнозначную схему, и используя полученные данные, Рассчитаем проводимость образца. Данные также могут быть подогнаны к линейной линии Использование уравнения для проводимости. Использование найденных значений путем повторного тестирования на данном образце, проводимость 1,67 миллисименс на сантиметр вычисляется, по сравнению с Сообщаемое значение электропроводности примерно 4,1 миллисименс на сантиметр. Это указывает на то, что метод Модель, которую мы выбрали, была хорошей, Хоть и не идеально подходит.

Теперь, когда вы по достоинству оценили методы измерения и моделирования импеданса с помощью электрохимических импедансная спектроскопия, Давайте рассмотрим некоторые из них Приложения для этого инструмента. EIS можно использовать для просмотра микроорганизмы в образце. Когда бактерии растут на образце Он может изменить электрику проводимость образца. Из-за этого EIS может быть используется для измерения импеданса для определения роста населения. Эта методика известна как импедансная микробиология. EIS также используется в Краска и коррозия Профилактика отраслей. Материалы, которые показывают Электрическое сопротивление менее 10 к степени шесть Ом на квадратный сантиметр не может защитить от Электрохимические процессы Эта атака проявляется каждый день. Тестирование EIS предсказывает Свойства коррозионной стойкости используемых материалов в суровых условиях, Экономия миллиардов долларов в ремонте каждый год только в Соединенных Штатах.

Вы только что посмотрели вступительное слово JoVE к электрохимической импедансной спектроскопии. Теперь вы должны понять Как тестировать и моделировать Импедансные характеристики материалов. Спасибо за просмотр.