《电化学阻抗谱》ppt课件

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1、郭惠霞电化学阻抗谱及其应用电化学阻抗谱发展史1电化学阻抗谱的基础2电化学阻抗谱的应用3OliverHeaviside首次将拉普拉斯变换方法应用到电子电路的瞬态响应，由此开创了阻抗谱的应用先河。——《TheElectrician》（1872年）——O.Heaviside,ElectricalPapers,volume1(NewYork:MacMillan,1894).——O.Heaviside,ElectricalPapers,volume2(NewYork:MacMillan,1894).概念：电感（inductance）,电容（ca

2、pacitance）,阻抗（impedance），并应用到电子电路中。一、电化学阻抗谱发展史TEXTTEXT195219721990200719601920介电性能生物体系阳极溶解腐蚀混合导体非均匀表面电桥机械发生器电桥电子发生器脉冲法示波器拉普拉斯变换模拟阻抗测定恒电位仪（AC+DC）数字阻抗测定电桥机械发生器局部电化学阻抗谱R--C电子等效电路Nyquist图Bode图校正Bode图6锁相放大器频谱分析仪阻抗~频率Eeqt电化学阻抗法交流伏安法阻抗测量技术阻抗模量、相位角~频率E=E0sin(t)电化学阻抗谱（Electroch

3、emicalImpedanceSpectroscopy，EIS）—给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波，测量交流电势与电流信号的比值（系统的阻抗）随正弦波频率的变化，或者是阻抗的相位角随的变化。分析电极过程动力学、双电层和扩散等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护机理等。可以获得的数据：给黑箱（电化学系统M）输入一个扰动函数X，它就会输出一个响应信号Y。用来描述扰动与响应之间关系的函数，称为传输函数G()。若系统的内部结构是线性的稳定结构，则输出信号就是扰动信号的线性函数。XYGG=Y/X二、电化

4、学阻抗谱基础9如果X为角频率为的正弦波电势信号，则Y即为角频率也为的正弦电流信号，此时，频响函数G()就称之为系统Ｍ的导纳（admittance)，用Y表示。阻抗和导纳统称为阻纳（immittance）,用G表示。阻抗和导纳互为倒数关系，Z=1/Y。如果X为角频率为的正弦波电流信号，则Y即为角频率也为的正弦电势信号，此时，传输函数G()也是频率的函数，称为频响函数，这个频响函数就称之为系统Ｍ的阻抗（impedance)，用Z表示。Y/X=G()10log

5、Z

6、/degBodeplotNyquistplot高频区低频区E

7、IS技术就是测定不同频率（f）的扰动信号X和响应信号Y的比值，得到不同频率下阻抗的实部Z’、虚部Z’’、模值

8、Z

9、和相位角，然后将这些量绘制成各种形式的曲线，就得到EIS抗谱。Nyqusit图Bode图11由于采用小幅度的正弦电势信号对系统进行微扰，电极上交替出现阳极和阴极过程，二者作用相反，因此，即使扰动信号长时间作用于电极，也不会导致极化现象的积累性发展和电极表面状态的积累性变化。因此EIS法是一种“准稳态方法”。由于电势和电流间存在线性关系，测量过程中电极处于准稳态，使得测量结果的数学处理简化。EIS是一种频率域测量方法，可

10、测定的频率范围很宽，因而比常规电化学方法得到更多的动力学信息和电极界面结构信息。EIS的特点12EIS测量的前提条件因果性条件（causality）:输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的的。线性条件（linearity）:输出的响应信号与输入的扰动信号之间存在线性关系。电化学系统的电流与电势之间是动力学规律决定的非线性关系，当采用小幅度的正弦波电势信号对系统扰动，电势和电流之间可近似看作呈线性关系。通常作为扰动信号的电势正弦波的幅度一般不超过10mV。稳定性条件（stability）:扰动不会引起系统内部结构发生变化，当扰动停止后

11、，系统能够回复到原先的状态。可逆反应容易满足稳定性条件；不可逆电极过程，只要电极表面的变化不是很快，当扰动幅度小，作用时间短，扰动停止后，系统也能够恢复到离原先状态不远的状态，可以近似的认为满足稳定性条件。13正弦电势信号：正弦电流信号：--角频率--相位角（一）有关复数和电工学知识－复数1复数的概念（2）复数的辐角（即相位角）（1）复数的模（一）有关复数和电工学知识－复数（3）虚数单位乘方（一）有关复数和电工学知识－复数（4）共轭复数2复数表示法（一）有关复数和电工学知识－复数（1）坐标表示法（2）三角表示法（3）指数表示法（一

12、）有关复数和电工学知识－复数3复数的运算法则（1）加减（2）乘除（二）有关复数和电工学知识－电工学1正弦交流电流经过各元件时电流与电压的关系（1）纯电阻元件电阻两端的电压与流经电阻的电流是同频同相的正弦交流电VRVI（二