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Spectroscopie électrochimique d'Impedance
 

Spectroscopie électrochimique d'Impedance

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Électrochimique spectroscopie d'impédance est une technique puissante utilisée pour caractériser les matériaux basé sur la façon dont ils entravent le flux d'électricité dans des applications aussi diverses que la microbiologie résistance à la corrosion. La conductivité électrique d'un échantillon est basé sur le maquillage de tous les composants de l'échantillon. Pour cette raison, EIS peut également être utilisé pour détecter les changements dans le quantité ou structure de chaque composant. L'EIE est réalisée en appliquant une petite charge électrique sinusoïdale à travers des électrodes reliées à un échantillon à un large éventail de fréquences. Sur la base de la réponse mesurée, l'impédance est calculée à chacune des fréquences. Le logiciel informatique est alors utilisé pour tracer les résultats et construire un modèle de circuit équivalent qui est représentatif des données observées. L'objectif typique de l'utilisation de l'EIE décompose l'échantillon impédance électrique totale dans les contributions de mécanismes tels que la résistance, la capacité, ou l'induction. Cette vidéo illustrera les principes et les procédures impliqués dans l'EIE pour déterminer l'impédance d'un matériau. Il démontrera également comment créer modèles de circuits équivalents de l'échantillon.

La résistance électrique est la capacité d'un élément de circuit pour résister à l'écoulement de l'électricité. Et la loi d'Ohm définit la résistance tension divisée par le courant. Toutefois, lorsqu'il s'agit de courants AC, l'impédance électrique est une plus précise et la mesure générale de la capacité pour résister à l'écoulement de l'électricité. C'est parce que, en plus de la résistance du matériau, il explique le contribution des mécanismes, comme la capacité et l'induction. Si un signal AC appliqué est sinusoïdal et la réponse est linéaire, le courant produit sera également sinusoïdal, mais décalé en phase. Pour tenir compte de la fréquence et changement de phase nous pouvons construire des équations d'impédance pour les composants d'un circuit en utilisant euler's Relationship et des nombres complexes. Ces modèles sont utilisés pour interpréter les données montrant l'impédance d'être indépendamment de la fréquence pour les résistances, inversement liés à fréquence pour les condensateurs, et directement liés à fréquence des inducteurs. Pendant les tests EIS, l'instrument s'applique une tension de champ alternée à un échantillon et mesure la réponse actuelle. Le réel et l'imaginaire composants de l'impédance sont calculés par déterminer le changement de phase et le changement dans l'amplitude à des fréquences différentes. Une parcelle de terrain nyquiste est générée en traçant l'imaginaire composant sur l'axe Y et le composant réel sur l'axe X. L'un des plus simples Nyquist parcelles est un demi-cercle. L'intrigue est ensuite utilisée pour construire un modèle de circuit qui représente le mieux le l'empédance de l'échantillon. Pendant la modélisation, les processus physiques correspondent à des éléments d'un circuit. Par exemple, une double couche électrique correspond à un condensateur. Le modèle de circuit équivalent pour cette parcelle est représenté par une résistance en série avec une résistance et un condensateur en parallèle. Il s'agit d'un point de départ commun pour l'interprétation d'une intrigue nyquiste. Le logiciel vous présentera avec des modèles de circuits équivalents basé sur votre intrigue Nyquist pour vous de choisir. Si ces modèles ne correspondent pas à vos données vous pouvez modéliser manuellement un circuit pour s'adapter aux données, une tâche compliquée. Dans la section suivante, nous allons vous montrer comment tester un échantillon témoin et un échantillon expérimental avec EIS puis construire un circuit équivalent pour représenter les données d'impédance observées.

Rassemblez des instruments EIS et un module de test. Accrochez le module de test aux instruments de l'EIS via deux électrodes pour modéliser un circuit simple et connu. Ouvrez le logiciel ZPlot sur l'ordinateur pour définir les paramètres du module de test. Définir le potentiel DC à zéro, Amplitude AC à 10 millivolts, et la flèche de chute vers le bas contre circuit ouvert. Définir la fréquence initiale à une fois 10 pour alimenter six hertz, fréquence finale à 100 hertz, et l'intervalle à 10. Sélectionnez logarithmique et étapes par décennie. Mesurer, puis balayer, pour commencer un nouvel enregistrement, et commencer à recueillir des données. Comparer les valeurs mesurées aux valeurs attendues sur le devant du module d'essai. Si les valeurs ne correspondent pas, vérifier le câblage et l'équipement, et retest. Obtenir l'échantillon d'alumine bêta et le mettre dans l'assemblée. Travaillant dans le capot de fumée, insérer l'assemblage dans le four à tubes et attacher les électrodes. Ouvrez le logiciel ZPlot garder les mêmes paramètres utilisé pour le module de test et la mesure de presse, puis balayer. Ouvrez le logiciel ZView pour voir les résultats comme vous l'avez fait pour le module de test. Sauvez les parcelles. Choisissez deux points pour s'adapter au demi-cercle. Appuyez ensuite sur le bouton d'ajustement instantané de choisir le meilleur modèle de circuit équivalent. Pour la simplification, nous avons mené cette expérience à température ambiante. Les tests EIS sont généralement exécutés par amplitude ou tension variables ainsi que la température.

Jetons maintenant un coup d'oeil à nos résultats. Les résultats de l'EIE sont présenté dans une parcelle de terrain Nyquist montrant l'impédance réelle contre l'impédance complexe à chaque fréquence testée. Plusieurs options de circuits pour modéliser vos données sont fournies, il est préférable de choisir le modèle le plus simple qui reflète encore fidèlement les données. Ensuite, choisissez un circuit équivalent, et en utilisant les données qui en résultent, calculons le conductivité de l'échantillon. Les données peuvent également être installées sur une ligne linéaire l'équation pour la conductivité. Utilisation des valeurs trouvées grâce à des tests répétés pour cet échantillon, une conductivité de 1,67 millisiemens par centimètre est calculée, par rapport à la valeur de conductivité déclarée d'environ 4,1 millisiemens par centimètre. Cela indique que le modèle que nous avons choisi était un bon, mais pas parfait ajustement.

Maintenant que vous appréciez les méthodes de la mesure et de la modélisation de l'impédance utilisation électrochimique spectroscopie d'impédance, nous allons jeter un oeil à certains des les applications de cet outil. L'EIE peut être utilisé pour micro-organismes dans un échantillon. Quand les bactéries se développent sur un échantillon il peut changer l'électricité conductivité de l'échantillon. Pour cette raison, l'EIE peut être utilisé pour mesurer l'impédance pour déterminer la croissance démographique. Cette technique est connue comme microbiologie de l'impédance. L'EIE est également utilisé dans la peinture et la corrosion les industries de prévention. Matériaux qui montrent un résistance électrique de moins de 10 à la puissance six Ohms par centimètre carré ne peut pas protéger contre le processus chimiques électriques que les surfaces d'attaque tous les jours. Les tests EIS propriétés de résistance à la corrosion des matériaux à utiliser dans des environnements difficiles, économiser des milliards de dollars dans les réparations chaque année aux États-Unis seulement.

Vous venez de regarder l'introduction de JoVE à la spectroscopie électrochimique d'impédance. Vous devez maintenant comprendre comment tester et modéliser le caractéristiques d'impédance de matériaux. Merci d'avoir regardé.

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