Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Materials Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

Espectroscopia de Impedancia Electroquímica
 

Espectroscopia de Impedancia Electroquímica

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Electroquímica espectroscopia de impedancia es una técnica poderosa utilizada para caracterizar materiales basado en cómo impiden el flujo de electricidad en aplicaciones tan diversas como la microbiología y resistencia a la corrosión. La conductividad eléctrica de una muestra se basa en el maquillaje de todos los componentes de la muestra. Debido a esto, EIS también se puede utilizar para detectar cambios en el cantidad o estructura de cada componente. EIS se realiza aplicando una pequeña carga eléctrica sinusoidal a través de electrodos conectados a una muestra a una amplia gama de frecuencias. Sobre la base de la respuesta medida, impedancia se calcula en cada una de las frecuencias. El software de la computadora es entonces utilizado para trazar los resultados y construir un modelo de circuito equivalente que es representativo de los datos observados. El objetivo típico de usar EIS está desglosando la muestra impedancia eléctrica total en contribuciones de mecanismos como la resistencia, capacitancia o inducción. Este video ilustrará los principios y procedimientos eIM para determinar la impedancia de un material. También demostrará cómo crear modelos de circuito equivalentes de la muestra.

La resistencia eléctrica es la capacidad de un elemento de circuito para resistir el flujo de electricidad. Y la Ley de Ohm define la resistencia como voltaje dividido por corriente. Sin embargo, al tratar con corrientes de CA, impedancia eléctrica es una más precisa y la medida general de la capacidad para resistir el flujo de electricidad. Esto se debe a que, además de la resistencia del material, representa la contribución de los mecanismos, como la capacitancia y la inducción. Si una señal de CA aplicada es sinusoidal y la respuesta es lineal, la corriente producida también será sinusoidal, pero cambió en fase. Para tener en cuenta la frecuencia y cambio de fase podemos construir ecuaciones de impedancia para componentes de un circuito utilizando la Relación de Euler y números complejos. Estos modelos se utilizan para interpretar datos mostrando impedancia para ser independiente de la frecuencia para las resistencias, inversamente relacionado con frecuencia para capacitores, y directamente relacionada con frecuencia para los inductores. Durante las pruebas EIS, el instrumento aplica una tensión de campo alterna a una muestra y mide la respuesta actual. Lo real e imaginario componentes de la impedancia se calculan por determinar el cambio de fase y cambio en la amplitud a diferentes frecuencias. Se genera una trama Nyquist trazando el imaginario componente en el eje Y y el componente real en el eje X. Uno de los Nyquist más simples parcelas es un semicírculo. A continuación, se utiliza la trama para construir un modelo de circuito que mejor representa la impedancia de la muestra. Durante el modelado, los procesos físicos corresponden a elementos de un circuito. Por ejemplo, una doble capa eléctrica corresponde a un condensador. El modelo de circuito equivalente para esta parcela está representado por una resistencia en serie con una resistencia y condensador en paralelo. Este es un punto de partida común para la interpretación de una trama de Nyquist. El software le presentará con modelos de circuito equivalentes basado en su parcela de Nyquist para que usted elija. Si estos modelos no se ajustan a sus datos se puede modelar manualmente un circuito para ajustarlos a los datos, una tarea complicada. En la siguiente sección, le mostraremos cómo probar una muestra de control y una muestra experimental con EIS y luego construir un circuito equivalente para representar los datos de impedancia observados.

Reúna los instrumentos EIS y un módulo de prueba. Conectar el módulo de prueba a los instrumentos EIS a través de dos electrodos para modelar un simple circuito conocido. Abra el software ZPlot en el ordenador para establecer los parámetros para el módulo de prueba. Establezca el potencial de CC en cero, Amplitud de CA a 10 milivoltios, y la flecha desplegable para ver sus circuitos abiertos. Establezca la frecuencia inicial en una veces 10 para alimentar seis hercios, frecuencia final a 100 hercios, e intervalo a 10. Seleccione logarítmica y pasos por década. Medir, a continuación, barrer, para iniciar una nueva grabación, y comenzar a recopilar datos. Comparar los valores medidos con los valores esperados en la parte frontal del módulo de prueba. Si los valores no coinciden, comprobar el cableado y el equipo, y volver a probar. Obtener la muestra de alúmina beta y ponerlo en la asamblea. Trabajando en la campana de humos, insertar el conjunto en el horno del tubo y conecte los electrodos. Abra el software ZPlot manteniendo los mismos parámetros utilizado para el módulo de prueba y la medida de prensa, a continuación, barrer. Abra el software ZView para ver los resultados como lo hizo para el módulo de prueba. Guarde los trazados. Elija dos puntos para ajustarse al semicírculo. A continuación, pulse el botón de ajuste instantáneo para elegir el mejor modelo de circuito equivalente. Para simplificar, ejecutamos este experimento a temperatura ambiente. Las pruebas EIS suelen ser amplitud o voltaje variable así como la temperatura.

Echemos un vistazo a nuestros resultados. Los resultados del EIS son presentado en una parcela de Nyquist mostrando impedancia real frente a la impedancia compleja en cada frecuencia probada. Múltiples opciones de circuitos para modelar sus datos se proporcionan, lo mejor es elegir el modelo más simple que todavía refleja con precisión los datos. A continuación, elija un circuito equivalente, y utilizando los datos resultantes, vamos a calcular el conductividad de la muestra. Los datos también se pueden ajustar a una línea lineal utilizando la ecuación para la conductividad. Usando los valores encontrados a través de pruebas repetidas para esta muestra, una conductividad de 1,67 milisiemens por centímetro se calcula, en comparación con el valor de conductividad reportado de aproximadamente 4,1 milisiemens por centímetro. Esto indica que el modelo que elegimos era un buen, aunque no es perfecto.

Ahora que aprecias los métodos de medición y modelado de impedancia utilizando electroquímicos espectroscopia de impedancia, echemos un vistazo a algunos de las aplicaciones de esta herramienta. EIS se puede utilizar para microorganismos en una muestra. Cuando las bacterias crecen en una muestra puede cambiar la electricidad conductividad de la muestra. Debido a esto, EIS puede ser utilizado para medir la impedancia para determinar el crecimiento de la población. Esta técnica se conoce como microbiología de impedancia. EIS también se utiliza en la pintura y la corrosión industrias de prevención. Materiales que muestran una resistencia eléctrica de menos de 10 a la potencia seis ohmios por centímetro cuadrado no puede proteger contra la procesos químicos eléctricos que el ataque aparece todos los días. Las pruebas EIS predicen la propiedades de resistencia a la corrosión de los materiales que se utilizarán en ambientes hostiles, ahorrando miles de millones de dólares en reparaciones cada año sólo en los Estados Unidos.

Acabas de ver la introducción de JoVE a la espectroscopia de impedancia electroquímica. Ahora deberías entender cómo probar y modelar el características de impedancia materiales. Gracias por mirar.

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter