电化学测试技术——电化学噪声.ppt

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1、电化学噪声及应用姓名：林乐圣指导教师：王华什么是电化学噪声？电化学噪声(Electrochemicalnoise,简称EN)是指在恒电位(或恒电流)控制下，电解池中通过金属电极溶液界面的电流(或电极电位)的自发波动的现象。电化学噪声技术是集各种优势于一身，具有无可比拟的优良特性。主要表现在4个方面：（1）电化学噪声技术最大的优势在于它是一种无损监测，在监测过程中无须施加外界扰动，能够真实的反映材料表面的腐蚀情况；（2）对被测体系无须建立系统模型；（3）能够完整记录腐蚀过程所有电流和电位数据，真正实现连续监测；（4）测试设备简单，成本低，能够实现远距离监测。电化学噪声简介电化学噪声分类

2、电化学噪声测定电化学噪声分析电化学噪声技术应用电化学噪声的类型按信号性质电流噪声电压噪声按噪声来源热噪声散粒效应噪声闪烁噪声电化学噪声电流噪声系统电极界面发生电化学反应引起的两工作电极之间外测电流的波动电位噪声系统的工作电极（研究电极）表面电极电势波动热噪声电子的随机热运动带来一个大小和方向都不确定的随机电流,它们流过导体则产生随机的电压波动.但在没有外加电场存在的情况下,这些随机波动信号的净结果为零。实验与理论结果表明,电阻中热噪声电压的均方值E[V2N]正比于其本身的阻值大小(R)及体系的绝对温度(T):式中,V是噪声电位值,Δυ是频带宽,KB是Boltzmann常数[KB=1.

3、38*10-23J/K]。上式在直到1013Hz频率范围内都有效,超过此频率范围后量子力学效应开始起作用。此时,功率谱将按量子理论预测的规律而衰减。热噪声热噪声的谱功率密度一般很小,在一般情况下,在电化学噪声的测量过程中,热噪声的影响可以忽略不计.热噪声值决定了待测体系的待测噪声的下限值,因此当后者小于监测电路的热噪声时,就必须采用前置信号放大器对被测体系的被测信号进行放大处理.散粒噪声在电化学研究中，当电流流过被测体系时，如果被测体系的局部平衡仍没有被破坏，此时被测体系的散粒效应噪声可以忽略不计。然而，在实际工作中，特别当被测体系为腐蚀体系时,由于腐蚀电极存在着局部阴阳极反应，从而

4、产生腐蚀电极的散粒效应噪声，它是用子弹射入靶子是所产生的噪声命名的。闪烁噪声又称为1/fα噪声,α一般为1、2、4,也有取6或更大值的情况与散粒噪声相同,它与流过被测体系的电流有关、与腐蚀电极的局部阴阳极反应有关;所不同的是引起散粒噪声的局部阴阳极反应所产生的能量耗散掉了,且E外测表现为零或稳定值,而对应于闪烁噪声的E外测则表现为具有各种瞬态过程的变量。噪声与曲线的关系热噪声和散粒噪声均为高斯型白噪声,它们主要影响频域谱中PSD曲线的水平部分闪烁噪声主要影响频域谱中PSD曲线的高频(线性)倾斜部分电化学噪声测试方法分类根据测量信号与装置控制电流法控制电势法三电极电势电流噪声独立测量电

5、势电流噪声同时相关测量控制电流法在恒电流或开路电势下测量研究电极表面电势随时间变化装置简单，适合长时间测量，不会丢失直流段信号测量灵敏度低，不适用于小振幅噪声，需引入外电路信号主要用于电沉积领域控制电势法恒电势时测量研究电极与对电极之间的电流，通常在开路电势下测量装置简单，适合长时间测量，不会丢失直流段信号测量灵敏度低，不适用于小振幅噪声，需引入外电路信号三电极电势电流噪声独立测量三电极两回路电化学测量体系，采用参比电极测量工作电极WE1的电势噪声，工作电极WE2为对电极测量电流噪声灵敏度高，自动抑制信号偏离，只记录变化部分丢失噪声信号直流部分，电流电势信号独立，无法关联研究电势电流

6、噪声同时相关测量目前电化学噪声最常用测量方法灵敏度高，自动抑制信号偏离，可得到关联的电流电势噪声电化学噪声的分析——频域分析频域分析即将电流或电位随时间变化的规律(时域谱)通过FFT变换转变为功率密度谱(PSD)曲线(频域谱),然后根据PSD曲线的水平部分的高度(白噪声水平W)、曲线转折点的频率(转折频率)、高频线性部分的斜率k和曲线没入基底水平的频率fc(截止频率)等特征参数来表征噪声的特性。一般认为：PSD曲线的高频段变化的快慢及倾斜段的形状可以区分不同的腐蚀类型，变化越快（倾斜段坡度越大），辨明电极表面可能处于钝化或均匀腐蚀状态。电化学噪声的分析——时域分析电化学噪声时域分析中

7、，一般认为：EN的波动幅度对应于腐蚀的强度，波动幅度越大，腐蚀越剧烈；EN的波动形状对应于腐蚀类型，均匀腐蚀表现为EN数据点在平均值两侧近对称分布，点蚀表现为EN数据点的连续突变（尖峰）。在电化学噪声时域分析中,标准偏差S、噪声电阻Rn和孔蚀指标PI等是最常用的几个基本概念,它们也是评价腐蚀类型与腐蚀速率大小的依据:标准偏差标准偏差又分为电流和电位的标准偏差两种,它们分别与电极过程中电流或电位的瞬时(离散)值和平均值所构成的偏差成正比式中,xi为实测电流或