交流阻抗技术的发展与应用_扈显琦
电化学交流阻抗在量子点敏化太阳电池中的应用
电化学交流阻抗在量子点敏化太阳电池中的应用靳斌斌【摘要】研究量子点敏化太阳电池(QDSSCs)电极界面电荷转移,抑制电极界面电荷复合,促进电荷的正向流动成为提高QDSSCs效率急需解决的问题.特别是寻找一种能有效研究光阳极/电解液界面的电荷转移和复合以及对电极催化活性的表征方法.电化学交流阻抗(EIS)是一种常用的研究电极界面阻抗和电容的分析方法.利用EIS可以对QDSSCs光阳极/电解液界面电荷转移,对电极催化活性进行有效的评价.%Studying interface charge transfer,inhibiting interface charge recombination at the electrodes and promoting the forward flow of the charge become an urgent problem to improve the efficiency of quantum dot sensitized solar cells(QDSSCs),especially exploring an effective characterization method to study the charge transfer,recombination at photoanode/electrolyte interface and catalytic activity of the counter electrode.Electrochemical impedance spectroscopy(EIS)is a common analysis method,which is used to research the impedance and capacitance of electrode interfaces.EIS is used to evaluate the charge transfer at photoanode/electrolyte interface and catalytic activity of the counter electrode in QDSSCs.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)005【总页数】3页(P4-6)【关键词】电化学交流阻抗;电极;界面;量子点敏化太阳电池【作者】靳斌斌【作者单位】陕西国防工业职业技术学院化学工程学院化工研究所,陕西西安710300;陕西师范大学材料科学与工程学院,陕西西安 710062【正文语种】中文【中图分类】TQ152近年来，面对能源危机和环境问题，QDSSCs由于低的生产成本和高的理论光电转换效率受到了研究者的广泛关注。
电化学阻抗谱的解析与应用
电化学阻抗谱解析与应用交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。
特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。
1. 阻抗谱中的基本元件交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。
实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。
Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/ACab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/AZf'Fixed(X)0N/A N/ARb Free(+)10000N/A N/A Data File:Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1)Maximum Iterations:100Optimization Iterations:0Type of Fitting: Complex Type of Weighting: Data-Modulus 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。
电化学交流阻抗(EIS)在金属文物表面保护涂层性能评价中的应用综述
电化学交流阻抗(EIS)在金属文物表面保护涂层性能评价中的应用综述张英蓉【摘要】文物表面保护涂层性能的评价以及选择优异的涂层,是文物保护工作的一个重要环节.在涂层性能评价中,相较于湿热、酸碱浸泡、盐雾等传统的加速腐蚀老化实验方法,电化学交流阻抗技术(EIS)具有定量、快速、便捷、可直接应用于文物本体进行无损检测分析等优势.简要介绍了对交流阻抗的原理、实验方法和分析方法,并对其在金属文物表面保护涂层性能评价和筛选工作中的具体应用做出综述.【期刊名称】《文物保护与考古科学》【年(卷),期】2015(027)001【总页数】6页(P103-108)【关键词】交流阻抗;金属文物;保护应用【作者】张英蓉【作者单位】西北民族大学历史文化学院,甘肃兰州730030【正文语种】中文【中图分类】K876.410 引言我国是世界上文物储藏量最丰富的国家，随着社会经济、生产力的发展，自然环境的恶化，古代遗留至今的文物都不同程度的受到破损，尤其是金属文物的腐蚀病变，保护这些集历史、艺术、经济、文化、科学技术于一身的不可再生的文物迫在眉睫。
传统保护金属文物的工艺是将大漆、石蜡等涂覆在金属表面，防止其受到自然环境的破坏，但是，这些保护材料的寿命较短，具有一定的局限性。
因而，近年来，诸多学者在研究中将工业界中的有机涂层材料移植到文物保护中，利用这些有机涂层材料对金属进行表面封护处理。
由于这种涂层处理后对文物本身伤害小，并且可进行可逆性操作，正逐渐地成为文物保护领域的热点。
如何对有机涂层材料的保护防蚀性能进行科学的评价成为当前备受关注的问题。
文物界对保护涂层性能评价常采用的方法是通过借鉴工业界中条件可控的腐蚀加速老化实验(盐雾、酸浸泡、碱浸泡、盐浸泡、湿热、紫外或冻融实验等)，继而对各种待检测的涂层进行各项性能的检测(定性检测:宏观形貌观察、附着力等;定量检测:光泽度、色差等)［1］。
电化学交流阻抗(EIS)方法是通过研究涂层体系阻抗的变化，来评价涂层性能的有效方法之一，20世纪80年代，国际上已开始应用该项技术。
电化学阻抗谱技术的原理及应用
电化学阻抗谱技术的原理及应用电化学阻抗谱技术是一种基于电化学反应及阻抗测量的技术，它具有较高的敏感性和准确性，可以用于材料表面、电化学反应、电化学程序和生化反应等领域的研究。
本文将对电化学阻抗谱技术的原理、测量方法及其应用进行介绍。
一、电化学阻抗谱技术的原理电化学阻抗谱技术是一种用于测量物质电化学阻抗的技术，它可以测量物质在电极上的电化学反应和界面行为。
电化学阻抗谱技术被广泛应用于化学、材料科学和生化学等领域，具有广泛的应用前景。
电化学阻抗谱技术的原理是基于电化学反应和交流电的行为。
在交流电场中，电流和电势随时间而变化，而电化学反应也随时间变化而导致电极表面电化学特性的变化。
因此，测量该变化的频率便可以对电极表面的电化学行为进行分析。
通过对测量结果的分析，可以得到等效电路模型，进而计算出电极表面反应和电荷传输的速率以及其他相关参数。
二、电化学阻抗谱技术的测量方法电化学阻抗谱技术的测量方法包括交流电压、电流及阻抗的测量。
一般来说，交流电压是通过外界施加的，而电流则是根据电极表面的电化学反应测量的。
测量时，需要对电极在不同频率和幅度下的响应进行测量，通过分析所得的阻抗数据，可以对电极表面的反应过程和电位分布进行测量和分析。
电化学阻抗谱技术的具体测量方法还包括选取合适的电极材料及电解溶液，控制电流密度和电极温度等。
在实际应用中，还需要考虑到干扰和噪声等因素。
三、电化学阻抗谱技术的应用电化学阻抗谱技术具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面。
1.材料表面电化学阻抗谱技术可以用于分析材料表面的电化学行为及其耐蚀性、防腐性等性能。
例如，可以通过测量抑制剂、添加剂以及涂层等对材料表面电化学性质的影响，从而研究其耐蚀性和防腐性等性能。
2.电化学反应电化学阻抗谱技术可以用于研究电化学反应的机理和速率等参数。
例如，可以通过测量电极表面的电荷分布和反应速率等参数，来研究电化学反应过程中的电荷传输、界面反应和化学反应等物理化学过程。
电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用研究讲课教案
电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用研究武汉理工大学研究生课程论文题目电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用姓名郝张科学号 WP2015007 (武汉材料保护研究所) 专业班级材研1510电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用研究摘要: 交流阻抗技术(AC impedance) 又称为电化学阻抗谱( electrochemical impedance spectroscopy, 简称EIS) , 是一种以小振幅的正弦电位( 或电流) 为扰动信号的电化学测量方法。
腐蚀科学是交流阻抗技术获得应用的一个重要领域。
交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。
交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，该方法具有频率范围广、对体系扰动小的特点，是研究电极过程动力学、电极表面现象以及测定固体电解质电导率的重要工具．它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的颓率点的原始数据中，都包含了施加信号电压(或电流)对测得的信号电流(或电压)的相位移及阻抗的幅模值，从这些数据可以计算出电化学响应的实部与虚部．阻抗谱中涉及的参数有阻抗幅模(1zI)、阻抗实部(z7)、阻抗虚部(z”)、相位移(口)、频率(u)等变量，同时还可以计算出导纳(y)和电容(c)的实部与虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示，每一种方式都有其典型的特征，根据实验的需要和具体体系．可以选择不同的图谱形式进行数据解析.1 交流阻抗技术的发展随着电化学理论的不断完善与发展, 电化学方法也得到了相应的发展。
在电化学测量中做出了重要贡献的是Stern 和他的同事。
他们在1957 年提出了线性极化的重要概念, 虽然线性极化技术有着一定的局限性, 但在实验室和现场快速测定腐蚀速度时还是一种简单可行的方法。
腐蚀工作者在随后的十余年中又做了许多工作, 完善和发展了极化电阻技术。
电子技术的迅速发展促进了电化学测试仪器的发展, 现代电子技术的应用和用于暂态测量测试仪器的出现, 一些快速测量方法和暂态响应分析方法也得到了发展, 最典型的例子就是交流阻抗技术的发展。
电化学交流阻抗工作原理
电化学交流阻抗工作原理电化学交流阻抗是研究电化学过程中电化学接口特性的重要手段之一。
它通过在交流电信号下测量电流和电压之间的相位差和幅度比值，来得到电化学界面的电化学参数和电化学反应动力学信息。
本文将从交流阻抗的基本原理、测量方法、数据分析以及应用领域等方面进行介绍。
我们来了解一下电化学交流阻抗的基本原理。
交流阻抗是指在交流电场下，电化学系统对电流的阻抗特性。
根据欧姆定律，电流与电压之间存在线性关系，即电流等于电压除以阻抗。
而在电化学系统中，电流通过电化学界面时，会受到电化学反应的影响，使得电流与电压之间的关系变得复杂起来。
因此，通过测量交流电场下的电流和电压，可以得到电化学界面的阻抗信息，从而揭示电化学反应的动力学过程。
我们来了解一下电化学交流阻抗的测量方法。
一般而言，电化学交流阻抗测量是通过在电化学系统中加入交流电信号来实现的。
这个交流电信号可以是正弦波、方波或者脉冲等形式。
将交流电信号加入到电化学系统中后，测量系统会记录下电流和电压之间的相位差和幅度比值。
通过不同频率下的测量，可以得到电化学界面的阻抗谱。
阻抗谱是由一系列复阻抗点组成的，每个复阻抗点对应着不同频率下的电化学界面阻抗。
接下来，我们来了解一下电化学交流阻抗的数据分析方法。
一般来说，电化学交流阻抗的数据分析主要包括阻抗谱的拟合以及参数提取两个方面。
阻抗谱的拟合是指将实际测量得到的阻抗谱与理论模型进行拟合，以得到最佳拟合曲线。
常用的拟合模型有等效电路模型、传输线模型等。
参数提取是指从拟合曲线中提取出电化学界面的电化学参数，比如电解质电阻、电荷传递电阻等。
这些参数可以反映电化学反应的动力学特性。
我们来了解一下电化学交流阻抗的应用领域。
电化学交流阻抗在材料科学、电化学能源、腐蚀与防护等领域都有广泛的应用。
比如在材料科学中，电化学交流阻抗可以用来研究材料的电导率、离子迁移率等电化学特性，以及材料与电解质界面的相互作用。
在电化学能源领域，电化学交流阻抗可以用来评估电池、燃料电池等能源设备的性能和稳定性。
电化学阻抗谱的解析与应用
电化学阻抗谱解析与应用交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表而现象的重要手段。
特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展，交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表而双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。
1.阻抗谱中的基本元件交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R，纯电容C,阻抗值为1小，C,纯电感L,其阻抗值为j“)L。
实际测量中，将某一频率为⑺的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。
图1.用大而积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路图中A、B分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra、Rb分別表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd与Cd，表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf与ZC 表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。
通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，英数值决左于电极动力学参数及测量信号的频率，R1表示辅助电极与工作电极之间的溶液电阻。
一般将双电层电容Cd与法拉第阻抗的并联称为界而阻抗Z。
实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab-般远远小于双电层电容Cd。
如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf，特别大，又使辅助电极的而积远大于研究电极的而积(例如用大的钳黑电极)，则Cd，很大，英容抗Xcd'比串联电路中的其他元件小得多，因此辅助电极的界而阻抗可忽略，于是图1可简化成图2,这也是比较常见的等效电路。
图2.用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路2.阻抗谱中的特殊元件以上所讲的等效电路仅仅为基本电路，实际上，由于电极表而的弥散效应的存在，所测得的双电层电容不是一个常数，而是随交流信号的频率和幅值而发生改变的，一般来讲，弥散效应主要与电极表面电流分布有关，在腐蚀电位附近，电极表而上阴、阳极电流并存，当介质中存在缓蚀剂时，电极表而就会为缓蚀剂层所覆盖，此时，铁离子只能在局部区域穿透缓蚀剂层形成阳极电流，这样就导致电流分布极度不均匀，弥散效应系数较低。
电化学交流阻抗谱
电化学交流阻抗谱
电化学交流阻抗谱是一种用于研究材料表面与电解质接触时电荷移动和质量传输的技术。
该技术利用交流电场激发材料表面的电化学反应，并测量对应的电学响应。
通过分析阻抗谱，可以获得许多与材料电化学性质相关的信息，例如电荷转移阻抗、电解质扩散系数和电极反应动力学等。
电化学交流阻抗谱可以应用于多种领域，例如电池、涂层、腐蚀和催化等。
在电池领域，该技术可以用于评估电池的性能和寿命。
在涂层领域，电化学交流阻抗谱可以用于分析涂层的质量和保护性能。
在腐蚀领域，该技术可以用于研究腐蚀过程的机理和预测材料的腐蚀寿命。
在催化领域，电化学交流阻抗谱可以用于研究催化反应的动力学和反应机理。
电化学交流阻抗谱的实验过程需要用到交流电源、参比电极、工作电极和电解质等设备和试剂。
在实验过程中，需要控制电压或电流的大小和频率，并测量相应的电学响应。
根据测量结果，可以得到电化学交流阻抗谱的图像，并进行进一步的分析和解释。
第7章 电化学交流阻抗
第7章 电化学交流阻抗交流阻抗方法是一种暂态电化学技术，具有测量速度快，对研究对象表面状态干扰小的特点。
交流阻抗技术作为一种重要的电化学测试方法不仅在电化学研究[例如，电池、电镀、电解、腐蚀科学(金属的腐蚀行为和腐蚀机理、涂层防护机理、缓蚀剂、金属的阳极钝化和孔蚀行为，等等)]与测试领域应用，而且也在材料、电子、环境、生物等多个领域也获得了广泛的应用和发展。
传统EIS 反映的是电极上整个测试面积的平均信息，然而，很多时候需要对电极的局部进行测试，例如金属主要发生局部的劣化，运用EIS 方法并不能很清晰地反映金属腐蚀的发生发展过程，因此交流阻抗方法将向以下方向发展：(1) 测量电极微局部阻抗信息；(2) 交流阻抗测试仪器进一步提高微弱信号的检测能力和抗环境干扰能力；(3) 计算机控制测量仪器和数据处理的能力进一步增强，简化阻抗测量操作程序，提高实验效率。
7.1 阻抗之电工学基础 (1) 正弦量设正弦交流电流为：i(t)=I m sin(ωt +φ) (图7-1)。
其中，I m 为幅值；ωt +φ为相位角，初相角为φ；角频率ω：每秒内变化的弧度数，单位为弧度/秒(rad/s)或1/s 。
周期T 表示正弦量变化一周所需的时间，单位为秒(s)；频率f ：每秒内的变化次数，单位为赫兹(Hz)；周期T 和频率互成倒数，即Tf1=，πf Tπω22==。
正弦量可用相量来表示。
相量用上面带点的大写字母表示，正弦量的有效值用复数的模表示，正弦量的初相用复数的幅角来表示。
表示为：i t j I Iei I ϕϕω∠==+•)(.，正弦量与相量一一对应。
一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示(图7-2)。
图7-2 正弦量的旋转矢量表示()m sin u U t ωϕ=+ϕϕmU tωω+1+j初始矢量tj j m e e U ωϕ旋转因子图7-1 正弦量的波形三要素：振幅、频率、初相位矢量长度=振幅；矢量与横轴夹角=初相位；矢量以角速度ω按逆时针方向旋转(2) 阻抗和导纳的定义对于一个含线性电阻、电感和电容等元件，但不含有独立源的一端口网络N ，当它在角频率为ω的正弦电压(或正弦电流)激励下处于稳定状态时，端口的电流(或电压)将是同频率的正弦量。
缓蚀剂研究进展
缓蚀剂研究进展摘要：本文对缓蚀剂做了简要的概述，并根据不同的分类标准将缓蚀剂归类，阐述了目前关于缓蚀剂作用机理，最后对应用最为广泛的电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线(Tafel)，以及传统的失重法、极化电阻法和量子化计算进行了综述。
关键词: 缓蚀剂；缓蚀剂分类；作用机理；评价方法0 前言腐蚀是对能源的一种极为严重的浪费。
电化学腐蚀比其它类型的腐蚀破坏更为常见，对金属是极其危险的，金属被腐蚀后显著影响了它的使用性能，其危害还不仅是金属本身受损失，更严重的是金属的结构遭到破坏。
如果充分利用腐蚀与防腐的知识加以保护的话,有很多损失是可以避免的。
因此搞好腐蚀的防护工作，不仅仅是技术问题，而且关系到保护资源，节省能源，节省材料，保护环境，保证正常生产的人身安全等一系列重大的社会和经济问题。
所以，本文关于缓蚀剂的研究具有重大的意义。
1 缓蚀剂1.1缓蚀剂的定义将微量或少量的一种或几种化学物质（无机物、有机物）添加到腐蚀介质中，明显减缓甚至停止金属材料在该腐蚀介质中的腐蚀速度，同时金属材料原来的物理机械性能又继续保持，这样的化学物质或复合物质称为缓蚀剂。
缓蚀剂的优点是设备简单、使用方便、加入量少、见效快、成本低，目前已广泛应用于建筑、机械、石油、国防等领域，并已成为十分重要的防腐措施。
1.2缓蚀剂分类缓蚀剂种类颇多，按照不同的标准有不同的分类方式，最常见为以下几种[1]：1.2.1 按缓蚀剂的化学组成分类（1）天然型缓蚀剂：是从天然植物中提取分离出来的缓蚀剂的统称。
如早期运用的铜缓蚀剂薰衣草油和松脂等均为天然型缓蚀剂。
之后发现某些胶体物质像蛋白质、明胶和马铃薯淀粉等对盐酸溶液中的金属铜均起到良好的缓蚀功效。
Eiile-Etrei等研究了天然蜂蜜的缓蚀效果，发现蜂蜜在氯化钠溶液中对铜起到良好的缓蚀效果[2]。
天然型缓蚀剂是缓蚀剂的最早应用。
(2)无机盐型缓蚀剂：是以无机盐形式存在的一类缓蚀剂。
其中使用较普遍的无机盐类缓蚀剂主要为亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐和铬酸盐等[3]。
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阻技术 。 电子技术的迅速发展促进了电化学测试仪 器的发展 , 现代电子技术的应用和用于暂态测量测 试仪器的出现 , 一些快速测量方法和暂态响应分析 方法也得到了发展 , 最典型的例子就是交流阻抗技 术的发展 。最初测量电化学电阻采用交流电桥和李 沙育方法等 , 这些方法既费时间又较繁琐 , 干扰影响 也大 。随着电子技术的发展 , 锁相技术和相关技术 的仪器(如频率响应分析仪 、锁相放大器等)被用于 交流阻抗测试 , 它们的灵敏度高 , 测试方便 , 而且容 易应用扫频信号实现频域阻抗图的自动测量 。 后来 可以利用时频变换技术从暂态响应曲线得到电极系 统的阻抗频谱 , 从而实现了在线测量 , 追踪电极表面 状态的变化 。 最近一种利用震动探针电极测量局部 电极阻抗的技术也得到开发 。计算机技术引入电化 学领域 , 可以由计算机对电化学交流阻抗测量进行 控制 , 自动完成数据采集和数据分析 。
在胶凝材料方面 , 研究孔结构常用的方法有压 汞法 、氦统计法和氮吸附法等 。 由于检测仪器的局 限性 , 在应用上述方法时 , 被测试样的体积均要求很 小 。 这对于混凝土类多组分复合的非均质材料 , 采 用局部微小体积进行分析 , 显然所获结果是有局限 性的 。近年来交流阻抗谱技术在混凝土材料方面的 研究方兴未艾 , 研究结果表明 , 交流阻抗谱与混凝土 的孔结构有密切的关系 , 而且交流阻抗谱的电学参 数可反映出材料组成对孔结构的影响 。尤其是用于 交流阻抗谱分析的试样体积可以是胶砂试件或混凝 土抗压强度标准试件 , 克服了其它检测方法试样体 积小的局限性 。交流阻抗谱检测过程时间短而且是 非破损检测 , 可在同一试件上进行孔结构分析和力 学破坏试验 , 因此 , 利用交流阻抗谱方法分析孔结构 并建立材料孔结构与 力学性能的关系更为直 接可 靠 。 史美伦等[ 7] 在胶凝材料 力学性能与孔结 构的 关系的基础上 , 从交流阻抗谱表征孔结构的两个电 学参数出发 , 建立了力学性能与交流阻抗谱之间的
。
对于串联电 路 , 总阻抗 为各个阻抗的 复数和 。
对并联电路 , 总导纳为各个导纳的复数和 。 更复杂
的电路可以根据类似于电阻所运用的规则 , 通过合
并阻抗来分析 。
2 .2 交流阻抗的复数表示
阻抗可以表示成复数平面的矢量或写成复数形
式 Z =A +jB 。Z 可以由模 Z 和相角 来定义 ,
电极双电层的微分电容在研究电化学反应以及 电极表面状态过程中是重要的测量指标 , 复数平面 图法 、阻抗频谱法在取得微分电容参数方面优于其 他方法 。
电化学阻抗谱(EIS)方法作为一种 无损伤 、原 位(In situ)电极过程的电化学测试技术 , 已比较普 遍地应用于 MH-Ni 电池的研究中 , 张文虎等[ 9] 利 用交流阻抗法 , 对 AA 型 MH-Ni 电池的循环充放电 过程进行跟踪研究 , 揭示电池在 1 倍率充放电循环 过程中 , 电池内部溶液电阻 、双电层电容 、Warburg 阻抗等电化学参数的变化规律 , 深入了解电池在实 验过程中正负极 、电解液 、隔膜的变化情况 , 对如何
THE DEVELOPM ENT AND APP LICAT IONS OF AC IM PEDANCE T ECHNOLOGY
HU Xian-qi , LIANG Cheng-hao
(School of Chemical Engineering , Dalian University of T echnolo gy , Dalian 116012 China)
ωCE cos ωt 或 i =(E/ Xc)sin(ωt +π/ 2), 其中 Xc = (ωC)-1称为容抗 , 相角是 π/ 2 , 电流导前于电压 , 用
复数符号表示向量 , 规定纵坐标分量为虚部 , 横坐标
为实部 。 对纯电容用向量表示激励正弦电压与响应
·
·
··
正弦电流的关系 , 可写为E =-jXc I , 或 E =I Z , 其
传统电化学方法只能研究金属表面膜的性能 , 而对其成膜过程的研究却受到限制 。 交流阻抗方法 因以测得很宽范围的阻抗谱来研究电极体系 , 可以 获得比常规方法更多 的动力学信息和界面结 构信 息 。 王新东等[ 6] 应用交流阻 抗方法对铝合金 表面 稀土转化膜进行了研究 , 发现了铈膜的成膜机理及 其优良的耐蚀性能 。
1 交流阻抗技术的发展[ 1 , 2]
随着电化学理论的不断完善与发展 , 电化学方 法也得到了相应的发展 。 在电化学测量中做出了重 要贡献的是 Stern 和他的同事 。 他们在 1957 年提 出了线性极化的重要概念 , 虽然线性极化技术有着 一定的局限性 , 但在实验室和现场快速测定腐蚀速 度时还是一种简单可行的方法 。腐蚀工作者在随后 的十余年中又做了许多工作 , 完善和发展了极化电
· 58 ·
中发现 , 上皮细胞膜的通透性变化可以在交流阻抗 谱的复平面图上直观地显示出来 , 顶膜和底侧膜的 性状表现为两个连续的容抗半圆 , 顶膜和底侧膜阻 抗很容易地分开 。 进而以此为基础探讨了制菌霉素 对顶膜的作用机理 。 3 .2 物理学领域
许恒生[ 4] 首次将交流阻抗法应用 于双电层电 容器电解液的研究 , 在测得阻抗频谱曲线的基础上 , 对其进行等效电路解析 , 再结合电解液性质对双电 层的结构 、界面状态等进行分析 , 从而对电解液的优 劣从物理本质上进行分析与理解 。交流阻抗技术用 于研 究导电 聚合物 的导电 性是很 成功 的。 P . Passiniemi 和 K .V akiparta[ 5] 用 此技术研 究了聚 苯 胺共混物的导电特性 , 发现在非导电体聚合物基体 上浇注 PAN I 盐与熔入 PANI 盐相比具有非常高的 电容 , 这是因为具有很高导电性能和电容的导电纤 维和颗粒的分布水平引起的 。 3 .3 材料学领域
2 交流阻抗技术的基本原理[ 1]
交流阻抗 方法是用小幅 度交流信号扰动 电解 池 , 并观察体系在稳态时对扰动的跟随的情况 , 同时 测量电极的交流阻抗 , 进而计算电极的电化学参数 。 由于电极过程可以用电阻 R 和电容 C 组成的电化
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扈显琦等 :交流阻抗技术的发展与应用
学等效电路来表示 , 因此交流阻抗技术实质上是研
究 RC 电路在交流电作用下的特点和规律 。
2 .1 阻抗的概念
一个纯正弦电压可以表示成 e =E sin ωt , 其中 ω为角频率 。对一个纯电阻 R 加上正弦电压时 , 根
据欧姆定律 , 响应电流为 i =(E/ R)sin ωt 或以向量
··
标记I =E/ R , 相角为零 。对一个纯电容 C 施加正 弦电 压 e 时 , 由 于 i = C ·(de/ d t ), 因 此 i =
Abstract :T he development and basic principle of A C impedance are described and the applications of this technology in
biology , phy sics, material science and electrochemistry are review ed in this paper .Some problems in experiments and the future of the developo ment and application o f this technology are discussed .
则 A = Z cos , B = Z sin , 即 Z = Z cos +j
Z sin , Z 表示它的幅值 。 阻抗的表达式中含有 所施加正弦信号的角频率 , 因此阻抗矢量将随角频
率的变化而变化 。描述阻抗随频率变化的方法是用
由阻抗矢量值和相角绘成的 Nyquist 图 , 也可用包
含幅频特性曲线和相频特性曲线的 Bode 图表示 。
第 25 卷 第 2 期 2004 年 2 月
腐蚀与防护
CO RROSIO N & PROT ECT ION
V ol.25 No .2 February 2004
专论
交流阻抗技术的发展与应用
扈显琦 , 梁成浩
(大连理工大学化工学院 , 大连 116012)
摘 要 :对电化学交流阻抗技术的发展和基本原理作了回 顾 , 对其在生 物科学 、物理学 、材料 科学和电化 学等领域 中的应用进行了综述 。 同时对交流阻抗使用时出现的一些问题进行了探讨 。 随着技术 的发展 , 交流阻抗 技术将使 电化学研究更加深入 , 也为其他领域的研究提供 新的机遇 。 关键词 :交流阻抗技术 ;电化学 ;电极过程 中图分类号 :T G174 文献标识码 :A 文章编号 :1005-748X(2004)02-0057-04
目前用于电极过程研究的方法很多 , 交流阻抗 是其中常用的方法 , 通过分析阻抗谱出现的频率和 谱图形状随电极制备及反应条件的变化可以得到电 极过程的重要信息 。 王世忠等[ 8] 用交流阻抗方法
研究了广泛使用的固体氧化物燃料电池(SOF C)阴 极材料 La0.8Sr0.2MnO 3(LSM)高温电极上进行的氧 电化学还原反应 。 LSM 电极上进行的氧电化学反 应非常复杂 , 其电极过程随电极成份 、制备方法 、焙 烧温度的不同而不同 , 且在一个电极上可能出现多 种控制步骤同时起作用 。 φsterg arde 应用交流阻抗 法发现氧在 LSM 电极上存在三个反应过程 。 交流 阻抗方法的特殊性决定了在一次频率扫描中 , 不同 的电极过程可以在不同的频率范围出现 , 因此可以 利用该方法对不同的电极过程分别研究 , 从而成为 LSM 电极研究的有效工具 。
3 交流阻抗技术的应用
交流阻抗方法是一种暂态电化学技术 , 属于交 流信号测量的范畴 , 具有测量速度快 , 对研究对象表 面状态干扰小的特点 , 因此在实际科研工作中 , 交流 阻抗技术的应用范围非常广泛 。 3 .1 生物科学领域