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交流阻抗技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
交流阻抗技術(shù)的基本原理
交流阻抗方法是用小幅度交流信號(hào)擾動(dòng)電解池,并觀察體系在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)擾動(dòng)的跟隨的情況,同時(shí)測量電極的交流阻抗,進(jìn)而計(jì)算電極的電化學(xué)參數(shù)。由于電極過程可以用電阻R和電容C組成的電化學(xué)等效電路來表示,因此交流阻抗技術(shù)實(shí)質(zhì)上是研究RC電路在交流電作用下的特點(diǎn)和規(guī)律。
交流阻抗技術(shù)的應(yīng)用
交流阻抗方法是一種暫態(tài)電化學(xué)技術(shù),屬于交流信號(hào)測量的范疇,具有測量速度快,對(duì)研究對(duì)象表面狀態(tài)干擾小的特點(diǎn),因此在實(shí)際科研工作中,交流阻抗技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。
1.生物科學(xué)領(lǐng)域
電化學(xué)交流阻抗譜應(yīng)用于生物膜研究與傳統(tǒng)方法比較,小幅的交流電激勵(lì)信號(hào)能使體系更接近和保持其生命的原始狀態(tài),具有特殊的意義。
2.材料學(xué)領(lǐng)域
傳統(tǒng)電化學(xué)方法只能研究金屬表面膜的性能,而對(duì)其成膜過程的研究卻受到限制。交流阻抗方法因以測得很寬范圍的阻抗譜來研究電極體系,可以獲得比常規(guī)方法更多的動(dòng)力學(xué)信息和界面結(jié)構(gòu)信息。
3.電化學(xué)領(lǐng)域
交流阻抗技術(shù)是隨著電化學(xué)理論和測試技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的,因此其重要的應(yīng)用領(lǐng)域還是電化學(xué)領(lǐng)域,主要用于研究電極過程、金屬的腐蝕行為、緩蝕劑等。
交流阻抗實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)注意的問題
應(yīng)用交流電技術(shù)時(shí)的一些共性問題以及應(yīng)用交流阻抗技術(shù)本身影響試驗(yàn)的因素需要加以注意。
(1)激勵(lì)信號(hào)的頻率交流阻抗測量可以在超過7個(gè)數(shù)量級(jí)的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行,常用的頻率范圍是1MHz~10mHz。對(duì)于腐蝕體系來說,常需要低頻信息,而低頻阻抗的測量通常難度較大。高頻的上限主要受恒電位儀相位移的限制。
(2)線性考慮到基元反應(yīng)步驟的速率是指數(shù)性依賴于電位的,電化學(xué)過程在本質(zhì)上是非線性的,然而充分發(fā)展的交流電理論全是線性理論,這意味著要使用它們就要將激勵(lì)信號(hào)幅值保持足夠小,以使體系成為非常近似于線性。
(3)謬誤的響應(yīng)交流電技術(shù)易于因測量回路中的謬誤效應(yīng)而產(chǎn)生歪曲。在高頻時(shí)恒電位儀易發(fā)生相位移,接線之間出現(xiàn)雜散電容,接線和電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自感應(yīng)。設(shè)計(jì)良好的電池可以在一定程度上減輕這些問題。由于交流阻抗激勵(lì)信號(hào)較弱,雜散電噪聲或市電電源都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾,通常需要將電池和檢測回路屏蔽起來,以減少這種影響。
交流阻抗技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景
隨著電化學(xué)研究的深入,要求不斷發(fā)展適應(yīng)金屬電極特點(diǎn)的研究和測試方法,測試儀器也必將進(jìn)一步發(fā)展,以期獲得金屬電極表面上進(jìn)行的復(fù)雜電極過程的信息。因此,交流阻抗測試儀器將會(huì)進(jìn)一步提高微弱信號(hào)的檢測能力和抗環(huán)境干擾能力。能夠測量金屬電極微局部阻抗信息的技術(shù)將會(huì)得到發(fā)展,這將為電化學(xué)領(lǐng)域研究金屬的局部腐蝕機(jī)理和特征提供新的研究手段。計(jì)算機(jī)技術(shù)將與電化學(xué)交流阻抗技術(shù)進(jìn)一步融合,計(jì)算機(jī)控制測量儀器和數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)一步增強(qiáng),簡化了阻抗測量操作程序,提高了實(shí)驗(yàn)效率。交流阻抗技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓寬,不僅是電化學(xué)研究的有力工具,而且將為其他諸如生物、環(huán)境、電子、材料、土建等領(lǐng)域的研究工作提供新的機(jī)遇。