交流阻抗技术的发展与应用

交流阻抗技术的基本原理

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。

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。

1.生物科学领域

电化学交流阻抗谱应用于生物膜研究与传统方法比较,小幅的交流电激励信号能使体系更接近和保持其生命的原始状态,具有特殊的意义。

2.材料学领域

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。

3.电化学领域

交流阻抗技术是随着电化学理论和测试技术的发展而出现的,因此其重要的应用领域还是电化学领域,主要用于研究电极过程、金属的腐蚀行为、缓蚀剂等。

交流阻抗实验技术应注意的问题

应用交流电技术时的一些共性问题以及应用交流阻抗技术本身影响试验的因素需要加以注意。

(1)激励信号的频率交流阻抗测量可以在超过7个数量级的频率范围内进行,常用的频率范围是1MHz~10mHz。对于腐蚀体系来说,常需要低频信息,而低频阻抗的测量通常难度较大。高频的上限主要受恒电位仪相位移的限制。

(2)线性考虑到基元反应步骤的速率是指数性依赖于电位的,电化学过程在本质上是非线性的,然而充分发展的交流电理论全是线性理论,这意味着要使用它们就要将激励信号幅值保持足够小,以使体系成为非常近似于线性。

(3)谬误的响应交流电技术易于因测量回路中的谬误效应而产生歪曲。在高频时恒电位仪易发生相位移,接线之间出现杂散电容,接线和电池内部结构产生自感应。设计良好的电池可以在一定程度上减轻这些问题。由于交流阻抗激励信号较弱,杂散电噪声或市电电源都会对实验产生干扰,通常需要将电池和检测回路屏蔽起来,以减少这种影响。

交流阻抗技术的发展和应用前景

随着电化学研究的深入,要求不断发展适应金属电极特点的研究和测试方法,测试仪器也必将进一步发展,以期获得金属电极表面上进行的复杂电极过程的信息。因此,交流阻抗测试仪器将会进一步提高微弱信号的检测能力和抗环境干扰能力。能够测量金属电极微局部阻抗信息的技术将会得到发展,这将为电化学领域研究金属的局部腐蚀机理和特征提供新的研究手段。计算机技术将与电化学交流阻抗技术进一步融合,计算机控制测量仪器和数据处理能力进一步增强,简化了阻抗测量操作程序,提高了实验效率。交流阻抗技术的应用领域也将进一步拓宽,不仅是电化学研究的有力工具,而且将为其他诸如生物、环境、电子、材料、土建等领域的研究工作提供新的机遇。