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對於(yu) 一個(ge) 穩定的線性係統M,如以一個(ge) 角頻率為(wei) ω的正弦波電壓信號X為(wei) 激勵信號(亦稱作擾動信號)輸入該測試體(ti) 係,則相應地從(cong) 該係統輸出一個(ge) 角頻率也是ω的正弦波電流信號Y,Y即是響應信號。
一個(ge) 電極體(ti) 係在小幅度的擾動信號作用下,各種動力學過程的響應與(yu) 擾動信號之間呈線性關(guan) 係,可以把每個(ge) 動力學過程用電學上的一個(ge) 線性元件或幾個(ge) 線性元件的組合來表示。如電荷轉移過程可以用一個(ge) 電阻來表示,雙電層充放電過程用一個(ge) 電容的充放電過程來表示。這樣就把電化學動力學過程用一個(ge) 等效電路來描述,通過對電極係統的擾動響應求得等效電路各元件的數值,從(cong) 而推斷電極體(ti) 係的反應機理。
激勵信號
基本信號特征
本實驗方法是通過對測試體(ti) 係施加正弦(ac)電壓信號,然後測量響應電壓以及電壓和電流之間的相位漂移來獲得阻抗(Z)的一項技術;該方法是從(cong) 開始頻率到結束頻率點進行一係列的阻抗測量。
控製電位EIS的激勵信號
關(guan) 鍵參數及一般應用範圍
【AC屬性】
開始頻率範圍:10-5~106 Hz;截止頻率範圍:10-5~106 Hz;
振幅(RMS):0.1mV~1V,結合具體(ti) 體(ti) 係以及儀(yi) 器精度選擇合理的振幅。
【DC屬性】
Step or Scan:Step模式與(yu) Scan模式;
Step模式:電位--範圍-10~10V,vs. Ref/OC;一般為(wei) 確保體(ti) 係處於(yu) 穩態狀態,可選擇0.0V vs. OC;
Scan模式:最初電位(-10~10V之間選擇),最終電位(-10~10V之間選擇),vs. Ref/OC;掃描速率(0~6000V/s),為(wei) 確保體(ti) 係處於(yu) 穩態,掃描速率應足夠慢。
【掃描屬性】
點間距:對數/線性,工作站默認為(wei) 對數;
每十進間距點數:1~100,工作站默認選10,表示每十進位之間給出10個(ge) 掃描頻率點;
數據質量:是交流阻抗方法的一個(ge) 變量。此變量所輸入的值與(yu) 數據采集和數據平均有關(guan) ,用以提高數據質量。此變量設置為(wei) 3時,表示采集三次循環的數據並將其平均的值作為(wei) 結果。 注意:增加此變量將直接增加總實驗時間,設置為(wei) 3時,其總時間為(wei) 設置為(wei) 1時的3倍。默認值為(wei) 1.
數據延遲:範圍0~1000s,默認值為(wei) 0。
研究體(ti) 係及實驗曲線
紐扣電池(型號2032)
兩(liang) 電極體(ti) 係:WE-正極,RE+CE-負極。
參數:
起始頻率100KHz,截止頻率0.1Hz,振幅(RMS)0.01V;
step模式,0.0V vs. OC;
點間距--對數,每十進間距點數--10,數據質量--1,數據延遲--0;
儀(yi) 器屬性均為(wei) 自動。
紐扣電池的控製電位EIS譜圖
南孚無汞堿性電池(5號)
兩(liang) 電極體(ti) 係:WE-正極,RE+CE-負極。
參數:
開始頻率1KHz,結束頻率0.1Hz,振幅(RMS)0.01V;
step模式,0.0 V vs. OC;
點間距--對數,每十進間距點數--10,數據質量--1,數據延遲--0;
儀(yi) 器屬性均為(wei) 自動。
10 μL殼聚糖/多壁碳納米管修飾玻碳電極
三電極體(ti) 係:WE-修飾玻碳電極,RE-SCE,CE-Pt。
電解質:1mM K3[Fe(CN)6]+1M KCl。
參數:
開始頻率10KHz,結束頻率0.1Hz,振幅(RMS)0.015V;
step模式,0.0V vs. OC;
點間距--對數,每十進間距點數--10,數據質量--1,數據延遲--0;
儀(yi) 器屬性均為(wei) 自動。
修飾電極的控製電位EIS譜圖
腐蝕體(ti) 係
三電極體(ti) 係:WE-Cu棒(腐蝕兩(liang) 周),RE-SCE,CE-Pt。
電解質:3.5 wt% NaCl溶液。
參數:
開始頻率10KHz,結束頻率0.01Hz,振幅(RMS)0.015V;
step模式,0.0V vs. OC;
點間距--對數,每十進間距點數--10,數據質量--1,數據延遲--0;
儀(yi) 器屬性均為(wei) 自動。
腐蝕體(ti) 係的控製電位EIS譜圖
其它應用領域
控製電位EIS方法還可應用於(yu) 金屬材料腐蝕與(yu) 防護研究方麵,如金屬材料鈍化膜的形成與(yu) 破壞的研究、金屬材料腐蝕的產(chan) 物形成和腐蝕行為(wei) 的研究等;在金屬聚合物複合材料方麵研究的應用,如研究有機塗層體(ti) 係的降解失效過程、有機塗層的防腐蝕效果以及有機塗層中的離子擴散等;在免疫生物傳(chuan) 感器、DNA生物傳(chuan) 感器、酶傳(chuan) 感器等方麵的應用。
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