电化学阻抗谱分析省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）第第6章章电化学阻抗谱电化学阻抗谱ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy胡会利胡会利电化学教研室电化学教研室第1页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言定义定义以以小振幅小振幅正弦波电势（或电流）为扰动信号，正弦波电势（或电流）为扰动信号，使电极系统产生使电极系统产生近似线性关系响应近似线性关系响应，测量电，测量电极系统在很宽频率范围阻抗谱，以此来研究极系统在很宽频率范围阻抗谱，以此来研究电极系统方法就是电化学阻抗法电极系统方法就是电化学阻抗法(ACImpedance），现称为电化学阻抗谱。），现称为电化学阻抗谱。第2页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言定义定义对于一个稳定线性系统对于一个稳定线性系统M，如以一个角频率，如以一个角频率为为正弦波电信号正弦波电信号X（电压或电流）输入该系（电压或电流）输入该系统，对应从该系统输出一个角频率为统，对应从该系统输出一个角频率为正弦正弦波电信号波电信号Y（电流或电压），此时电极系统（电流或电压），此时电极系统频响函数频响函数G就是电化学阻抗。就是电化学阻抗。XYGG=Y/X第3页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言定义定义在一系列不一样角频率下测得一组这种频响在一系列不一样角频率下测得一组这种频响函数值就是电极系统电化学阻抗谱。函数值就是电极系统电化学阻抗谱。若在频响函数中只讨论阻抗与导纳，则若在频响函数中只讨论阻抗与导纳，则G总总称为阻纳。称为阻纳。第4页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言优点优点用小幅度正弦波对电极进行极化用小幅度正弦波对电极进行极化不会引发严重浓度极化及表面状态改变不会引发严重浓度极化及表面状态改变 使扰动与体系响应之间近似呈线性关系使扰动与体系响应之间近似呈线性关系是频域中测量是频域中测量速度不一样过程很轻易在频率域上分开速度不一样过程很轻易在频率域上分开速度快子过程出现在高频区，速度慢子过程速度快子过程出现在高频区，速度慢子过程出现在低频区出现在低频区第5页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言优点优点可判断出含几个子过程，讨论动力学特征可判断出含几个子过程，讨论动力学特征能够在很宽频率范围内测量得到阻抗谱，能够在很宽频率范围内测量得到阻抗谱，因而因而EIS能比其它常规电化学方法得到更多能比其它常规电化学方法得到更多电极过程动力学信息和电极界面结构信息。电极过程动力学信息和电极界面结构信息。第6页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言阻纳基本条件阻纳基本条件 因果性条件因果性条件 线性条件线性条件 有限性条件有限性条件 稳定性条件稳定性条件电极系统只对电极系统只对扰动信号进行扰动信号进行响应响应电极过程速度电极过程速度随状态变量发随状态变量发生线性改变生线性改变在频率范围内在频率范围内测定阻抗或导测定阻抗或导纳是有限纳是有限第7页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）引言引言稳定性条件稳定性条件 稳定稳定不稳定不稳定可逆反应轻易满足稳定性条件。可逆反应轻易满足稳定性条件。不可逆电极过程，只要电极表面改变不是很快，当扰不可逆电极过程，只要电极表面改变不是很快，当扰动幅度小，作用时间短，扰动停顿后，系统也能够恢动幅度小，作用时间短，扰动停顿后，系统也能够恢复到离原先状态不远状态。复到离原先状态不远状态。第8页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）电化学阻抗谱导论电化学阻抗谱导论曹楚南曹楚南导言导言第第1章章阻纳导论阻纳导论第第2章章电化学阻抗谱与等效电路电化学阻抗谱与等效电路第第3章章电极过程表面过程法拉第导纳电极过程表面过程法拉第导纳第第4章章表面过程法拉第阻纳表示式与等效电表面过程法拉第阻纳表示式与等效电路关系路关系42除电极电位除电极电位E以外没有或只有一个其它状以外没有或只有一个其它状态变量态变量43除电极电位除电极电位E外还有两个状态变量外还有两个状态变量X1和和X2第第5章章电化学阻抗谱时间常数电化学阻抗谱时间常数51状态变量弛豫过程与时间常数状态变量弛豫过程与时间常数52EIS时间常数时间常数第第6章章由扩散过程引发法拉第阻抗由扩散过程引发法拉第阻抗61由扩散过程引发法拉第阻抗由扩散过程引发法拉第阻抗62平面电极半无限扩散阻抗平面电极半无限扩散阻抗(等效元件等效元件W)63平面电极有限层扩散阻抗平面电极有限层扩散阻抗(等效元件等效元件0)64平面电极阻挡层扩散阻抗平面电极阻挡层扩散阻抗(等效元件等效元件T)65球形电极球形电极W66球形电极球形电极O67球形电极球形电极T68几个值得注意问题几个值得注意问题第第7章章混合电位下法拉第阻混合电位下法拉第阻纳纳第第8章章电化学阻抗谱数据处电化学阻抗谱数据处理与解析理与解析第第9章章电化学阻抗谱在腐蚀电化学阻抗谱在腐蚀科学中应用科学中应用科学出版社，科学出版社，第9页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）交流阻抗谱原理及应用交流阻抗谱原理及应用史美伦史美伦 第一章第一章 基本电路交流阻抗谱基本电路交流阻抗谱第二章第二章 电化学阻抗谱电化学阻抗谱第三章第三章 交流极谱交流极谱第四章第四章 线性动态系统传递函数线性动态系统传递函数第五章第五章 稳定性和色散关系稳定性和色散关系第六章第六章 交流阻抗谱测量与数据处理交流阻抗谱测量与数据处理第七章第七章 在材料研究中应用在材料研究中应用第八章第八章 固体表面固体表面第九章第九章 在器件上应用在器件上应用第十章第十章 在生命科学中应用在生命科学中应用国防工业出版社，国防工业出版社，第10页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）主要内容与学习要求主要内容与学习要求6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识6.2电解池等效电路电解池等效电路6.3理想极化电极理想极化电极EIS6.4溶液电阻能够忽略时电化学极化溶液电阻能够忽略时电化学极化EIS6.5溶液电阻不能忽略电化学极化电极溶液电阻不能忽略电化学极化电极EIS6.6电化学极化和浓差极化同时存在电极电化学极化和浓差极化同时存在电极EIS6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪6.9电化学阻抗谱应用电化学阻抗谱应用第11页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识复数复数1 1 复数概念复数概念（2 2）复数辐角（即相位角）复数辐角（即相位角）（1 1）复数模）复数模 第12页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识复数复数（3）虚数单位乘方）虚数单位乘方（4）共轭复数）共轭复数第13页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识复数复数2复数表示法复数表示法（1 1）坐标表示法）坐标表示法（2 2）三角表示法）三角表示法（3 3）指数表示法）指数表示法第14页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识复数复数3复数运算法则复数运算法则（1）加减）加减（2）乘除）乘除第15页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识电工学电工学1 1 正弦交流电流经过各元件时电流与电压关系正弦交流电流经过各元件时电流与电压关系（1）纯电阻元件）纯电阻元件电阻两端电压与流经电阻电流是同频同相正弦交流电电阻两端电压与流经电阻电流是同频同相正弦交流电VRVI第16页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识电工学电工学（2）纯电感元件）纯电感元件电感两端电压与流经电流是同频率正弦量，电感两端电压与流经电流是同频率正弦量，但在相位上电压比电流超前但在相位上电压比电流超前VItVL第17页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识电工学电工学IVt第18页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识电工学电工学（3）纯电容元件）纯电容元件电容器两端电压和流经电流是同频率正弦量，电容器两端电压和流经电流是同频率正弦量，只是电流在相位上比电压超前只是电流在相位上比电压超前 VC|VIt第19页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）VIt6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识电工学电工学第20页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.1相关复数和电工学知识相关复数和电工学知识电工学电工学2复阻抗概念复阻抗概念（1）复阻抗串联）复阻抗串联（2）复阻抗并联）复阻抗并联复阻抗复阻抗Z是电路元件对电流妨碍作用和移相作用反应。是电路元件对电流妨碍作用和移相作用反应。第21页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.2电解池等效电路电解池等效电路（1）（2）（3）（4）（5）第22页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.2电解池等效电路电解池等效电路电路描述码电路描述码(CircuitDescriptionCode,CDC)规则以下：规则以下：元件外面括号总数为奇数时，该元件第一层运算为元件外面括号总数为奇数时，该元件第一层运算为并联，外面括号总数为偶数时，该元件第一层运算并联，外面括号总数为偶数时，该元件第一层运算为串联。为串联。演练演练第23页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极电化学阻抗谱理想极化电极电化学阻抗谱电解池阻抗复平面图（电解池阻抗复平面图（Nyquist图）图）第24页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极电化学阻抗谱理想极化电极电化学阻抗谱1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区Bode图图第25页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极电化学阻抗谱理想极化电极电化学阻抗谱（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区Bode图图2图图第26页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.3理想极化电极电化学阻抗谱理想极化电极电化学阻抗谱时间常数时间常数当当 处于高频和低频之间时，有一个特征频率处于高频和低频之间时，有一个特征频率*，在这个特，在这个特征频率，征频率，和和复合阻抗实部和虚部相等，即：复合阻抗实部和虚部相等，即：第27页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4溶液电阻可忽略时电化学极化溶液电阻可忽略时电化学极化EIS第28页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4.1Nyquist图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.4溶液电阻可忽略时电化学极化溶液电阻可忽略时电化学极化EIS第29页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4.2Bode图图 1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.4溶液电阻可忽略时电化学极化溶液电阻可忽略时电化学极化EIS第30页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区2图图6.4溶液电阻可忽略时电化学极化溶液电阻可忽略时电化学极化EIS6.4.2Bode图图 第31页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）3时间常数时间常数在在Nyquist图中，半圆上图中，半圆上极大值处频率就是极大值处频率就是特征频率特征频率令令6.4溶液电阻可忽略时电化学极化溶液电阻可忽略时电化学极化EIS6.4.2Bode图图 第32页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.4溶液电阻可忽略时电化学极化溶液电阻可忽略时电化学极化EISBode图图 RC（RC）Nyquist图图 第33页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化溶液电阻不可忽略时电化学极化EISCd与与Rp并联后与并联后与RL串联后总阻抗为串联后总阻抗为实部：实部：虚部：虚部：Cd与与Rp并联后总导纳为并联后总导纳为第34页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5.1Nyquist图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化溶液电阻不可忽略时电化学极化EIS第35页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5.2Bode图图 1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化溶液电阻不可忽略时电化学极化EIS第36页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.5.2Bode图图2图图6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化溶液电阻不可忽略时电化学极化EIS第37页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.5溶液电阻不可忽略时电化学极化溶液电阻不可忽略时电化学极化EIS3时间常数时间常数6.5.2Bode图图第38页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容常见规律总结常见规律总结在阻抗复数平面图上，第在阻抗复数平面图上，第1象限半圆是象限半圆是电阻和电容并联所产生，叫做容抗弧。电阻和电容并联所产生，叫做容抗弧。在在Nyquist图上，第图上，第1象限有多少个容抗象限有多少个容抗弧就有多少个弧就有多少个(RC)电路。有一个电路。有一个(RC)电电路就有一个时间常数。路就有一个时间常数。第39页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容常见规律总结常见规律总结普通说来，假如系统有电极电势普通说来，假如系统有电极电势E和另和另外外n个表面状态变量，那么就有个表面状态变量，那么就有n+1个时个时间常数，假如时间常数相差间常数，假如时间常数相差5倍以上，倍以上，在在Nyquist图上就能分辨出图上就能分辨出n+1个容抗弧。个容抗弧。第第1个容抗弧（高频端）是个容抗弧（高频端）是(RpCd)频响曲频响曲线。线。第40页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容常见规律总结常见规律总结有有n个电极反应同时进行时，假如又有影个电极反应同时进行时，假如又有影响电极反应响电极反应x个表面状态变量，此时时间个表面状态变量，此时时间常数个数比较复杂。普通地说，时间常常数个数比较复杂。普通地说，时间常数个数小于电极反应个数数个数小于电极反应个数n和表面状态变和表面状态变量量x之和，这种现象叫做混合电势下之和，这种现象叫做混合电势下EIS退化。退化。第41页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.1电极等效电路电极等效电路 第42页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS实部：实部：虚部：虚部：第43页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.2浓差极化电阻浓差极化电阻RW和电容和电容CW称为称为Warburg系数。系数。和和都与角频率平方根成反比。都与角频率平方根成反比。第44页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.3 Nyquist图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区第45页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.4Bode图图 1 图图（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区第46页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.4Bode图图 1 图图浓度极化对幅值图影响浓度极化对幅值图影响第47页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）（2）低频区）低频区讨论：讨论：（1）高频区）高频区6.6.4Bode图图2图图6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS第48页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6.4Bode图图2图图6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS浓度极化对相角图影响浓度极化对相角图影响第49页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS3时间常数时间常数令令依据依据 即即。由。由 和和 可求得可求得。6.6.4Bode图图第50页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.5Randles图图当高频区半圆发生畸变从而使按当高频区半圆发生畸变从而使按Nyquist图求变得不大可靠时，能图求变得不大可靠时，能够尝试这种独特作图法。够尝试这种独特作图法。Randles图能够从另一侧面确定图能够从另一侧面确定Warburg阻抗存在。阻抗存在。第51页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.6电化学极化和浓度极化同时存在电电化学极化和浓度极化同时存在电极极EIS6.6.5Randles图图阻抗扩散直线可能偏离阻抗扩散直线可能偏离45，原因：原因：电极表面很粗糙，以致扩散电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散；过程部分相当于球面扩散；除了电极电势外，还有另外除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这个变量在一个状态变量，这个变量在测量过程中引发感抗。测量过程中引发感抗。第52页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）补充内容补充内容作作Nyquist图注意事项图注意事项（1）（2）（3）第53页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）EIS谱图实例谱图实例锌锌铝铝涂涂层层在在海海水水浸浸泡泡过过程程中中EIS第54页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）EIS谱图实例谱图实例第55页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）EIS谱图实例谱图实例不恰当图例不恰当图例第56页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象在实际电化学体系阻抗测定中，人们经常观察到在实际电化学体系阻抗测定中，人们经常观察到阻抗图上压扁半圆（阻抗图上压扁半圆（depressedsemi-circle），即在），即在Nyquist图上高频半圆圆心落在了图上高频半圆圆心落在了x轴下方，因而变成轴下方，因而变成了圆一段弧。了圆一段弧。该现象又被称为半圆旋转。该现象又被称为半圆旋转。第57页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象普通认为，出现这种半圆向下压扁现象，亦即通常普通认为，出现这种半圆向下压扁现象，亦即通常说阻抗半圆旋转现象原因与电极说阻抗半圆旋转现象原因与电极/电解液界面性质不电解液界面性质不均匀性相关。均匀性相关。固体电极双电层电容频响特征与固体电极双电层电容频响特征与“纯电容纯电容”并不一并不一致，而有或大或小偏离，这种现象，普通称为致，而有或大或小偏离，这种现象，普通称为“弥散效应弥散效应”。双电层中电场不均匀，这种不均匀可能是电极表双电层中电场不均匀，这种不均匀可能是电极表面太粗糙引发。面太粗糙引发。界面电容介质损耗。界面电容介质损耗。第58页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象第59页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象双电层电容双电层电容Cd、Rp与一个与频率与一个与频率成反比电阻并联等效电路成反比电阻并联等效电路实部实部 虚部虚部 第60页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象这是一个以这是一个以为圆心，为圆心，实部实部 虚部虚部 为半径圆。为半径圆。以以第61页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象利用阻抗复平面图求利用阻抗复平面图求和和 依据圆心下移倾斜角依据圆心下移倾斜角和圆弧顶点特征频率能够求得和圆弧顶点特征频率能够求得、第62页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象常相位角元件（常相位角元件（ConstantPhaseElement,CPE）含有）含有电容性质，它等效元件用电容性质，它等效元件用Q表示，表示，Q与频率无关，因而与频率无关，因而称为常相位角元件。称为常相位角元件。常相位角元件常相位角元件通常通常n在在0.5和和1之间。对于理想电极（表面平滑、均之间。对于理想电极（表面平滑、均匀），匀），Q等于双层电容，等于双层电容，n=1。n=1时，时，第63页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.7阻抗谱中半圆旋转现象阻抗谱中半圆旋转现象上面介绍公式中上面介绍公式中b与与n实质上都是经验常数，缺乏确实质上都是经验常数，缺乏确切物理意义，但能够把它们了解为在拟合真实体系阻切物理意义，但能够把它们了解为在拟合真实体系阻抗谱时对电容所做修正。抗谱时对电容所做修正。第64页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗试验注意点阻抗试验注意点（1）参比电极影响）参比电极影响6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪1.试验准备试验准备双参比电极结构示意图双参比电极结构示意图 第65页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗试验注意点阻抗试验注意点（2）要尽可能降低测量连接线长度，减小杂散电）要尽可能降低测量连接线长度，减小杂散电容、电感影响。容、电感影响。6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪1.试验准备试验准备相互靠近和平行放置导线会产生电容。相互靠近和平行放置导线会产生电容。长导线尤其是当它绕圈时就成为了电感元件。长导线尤其是当它绕圈时就成为了电感元件。测定阻抗时要把仪器和导线屏蔽起来。测定阻抗时要把仪器和导线屏蔽起来。第66页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗试验注意点阻抗试验注意点6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪2.频率范围要足够宽频率范围要足够宽普通使用频率范围是普通使用频率范围是105-10-4Hz。阻抗测量中尤其重视低频段扫描。反应中间产物阻抗测量中尤其重视低频段扫描。反应中间产物吸脱附和成膜过程，只有在低频时才能在阻抗谱吸脱附和成膜过程，只有在低频时才能在阻抗谱上表现出来。上表现出来。测量频率很低时，试验时间会很长，电极表面状测量频率很低时，试验时间会很长，电极表面状态改变会很大，所以扫描频率低值还要结合实际态改变会很大，所以扫描频率低值还要结合实际情况而定。情况而定。第67页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗试验注意点阻抗试验注意点6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪3.阻抗谱必须指定电极电势阻抗谱必须指定电极电势 电极所处电势不一样，测得阻抗谱必定不一样。电极所处电势不一样，测得阻抗谱必定不一样。阻抗谱与电势必须一一对应。阻抗谱与电势必须一一对应。为了研究不一样极化条件下电化学阻抗谱，能够为了研究不一样极化条件下电化学阻抗谱，能够先测定极化曲线，在电化学反应控制区（先测定极化曲线，在电化学反应控制区（Tafel区）区）、混合控制区和扩散控制区各选取若干确定电势、混合控制区和扩散控制区各选取若干确定电势值，然后在响应电势下测定阻抗。值，然后在响应电势下测定阻抗。第68页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8.1阻抗试验注意点阻抗试验注意点6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗谱测试中主要参数设置阻抗谱测试中主要参数设置InitialFreq/HighFreqFinalFreq/LowFreqPoints/decadeCyclesDCVoltage/InitialEACVoltage/Amplitude第69页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪6.8.2阻抗谱分析思绪阻抗谱分析思绪1.现象分析现象分析第70页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪2.图解分析图解分析6.8.2阻抗谱分析思绪阻抗谱分析思绪第71页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪3.数值计算数值计算6.8.2阻抗谱分析思绪阻抗谱分析思绪第72页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪4.计算机模拟计算机模拟6.8.2阻抗谱分析思绪阻抗谱分析思绪第73页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第74页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第75页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第76页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第77页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第78页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第79页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第80页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第81页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第82页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.8阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪阻抗试验注意点和阻抗谱分析思绪第83页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用-1.15V-1.10V镀锌镀锌第84页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）镀铜镀铜6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 a基础镀液基础镀液A；bA+60mg/LCl；cB+300mg/LOP-21；dB+30mg/LPEG（A）0.3mol/LCuSO4+1.94H2SO4（B）10mg/LTDY+60mg/LCl-+(A)6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第85页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）镀铜镀铜6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 无无Cl-时含不一样量时含不一样量AQNyquist图图含含60ml/LCl-Nyquist图图6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第86页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）镀铬镀铬6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 铁电极在含铁电极在含2g/L硫酸镀铬溶液中硫酸镀铬溶液中-0.9V时时Nyquist图图6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第87页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在合金电镀研究中应用在合金电镀研究中应用6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 Zn-Fe合金电镀，合金电镀，1.45V（1），），1.5V（2）6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第88页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）a只含只含Co2+；b、c、dCo2+Ni2+=5 1；1 1；1 5；e只含只含Ni2+6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 在合金电镀研究中应用在合金电镀研究中应用第89页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）用于拟合等效电路用于拟合等效电路 6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 在合金电镀研究中应用在合金电镀研究中应用第90页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在复合镀研究中应用在复合镀研究中应用6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 Ni-SiC纳米复合镀液电化学阻抗图纳米复合镀液电化学阻抗图（a）200rpm；（；（b）100rpm6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第91页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学镀研究中应用在化学镀研究中应用6.9.1在金属电沉积研究中应用在金属电沉积研究中应用 化学镀镍中次亚磷酸钠阳极氧化行为化学镀镍中次亚磷酸钠阳极氧化行为 基础液基础液+0.10molL-1NaH2PO2体系体系基础液基础液+0.10molL-1NaH2PO2体系体系+0.10molL1NaH2PO2体系体系6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第92页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.2在电化学反应机理和参数测量中应用在电化学反应机理和参数测量中应用碱性溶液中析氢反应阻抗复平面图碱性溶液中析氢反应阻抗复平面图Ag电极，电极，rpm，过电势：，过电势：1130mV；2190mV；3250mV；4310mV6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第93页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.2在电化学反应机理和参数测量中应用在电化学反应机理和参数测量中应用6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第94页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用在涂料防护性能研究方面应用在涂料防护性能研究方面应用 干富锌涂层干富锌涂层EIS测定富锌涂层测定富锌涂层EIS装置示意图装置示意图6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第95页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用在涂料防护性能研究方面应用在涂料防护性能研究方面应用 在人工海水中浸泡不一样时间后富锌涂层在人工海水中浸泡不一样时间后富锌涂层EIS6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第96页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用有机涂层下金属电极阻抗谱有机涂层下金属电极阻抗谱浸泡早期涂层体系浸泡早期涂层体系EIS6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用RL：溶液电阻：溶液电阻RC：涂层电阻：涂层电阻CC：涂层电容：涂层电容CC不停增大不停增大RC逐步减小逐步减小浸泡早期涂层体系相当于一个浸泡早期涂层体系相当于一个“纯电容纯电容”，求解涂层电阻会，求解涂层电阻会有较大误差，而涂层电容能够有较大误差，而涂层电容能够较准确地估算较准确地估算第97页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用有机涂层下金属电极阻抗谱有机涂层下金属电极阻抗谱浸泡中期涂层体系浸泡中期涂层体系EIS6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用RPO：经过涂层微孔路径电：经过涂层微孔路径电阻值阻值电解质是均匀地渗透涂层电解质是均匀地渗透涂层体系且界面腐蚀电池是均体系且界面腐蚀电池是均匀分布匀分布第98页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用有机涂层下金属电极阻抗谱有机涂层下金属电极阻抗谱浸泡中期涂层体系浸泡中期涂层体系EIS6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用涂层中含有颜料、填料涂层中含有颜料、填料等添加物，有有机涂层等添加物，有有机涂层中还专门添加阻挡溶液中还专门添加阻挡溶液渗透片状物。渗透片状物。电解质渗透较困难，参加界面腐蚀反应反应粒子传质过电解质渗透较困难，参加界面腐蚀反应反应粒子传质过程就可能是个慢步骤。程就可能是个慢步骤。EIS中往往会出现扩散过程引发中往往会出现扩散过程引发阻抗。阻抗。第99页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用有机涂层下金属电极阻抗谱有机涂层下金属电极阻抗谱浸泡后期涂层体系浸泡后期涂层体系EIS6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用伴随宏观孔形成，原本存在于有机涂层中浓度梯度消失，伴随宏观孔形成，原本存在于有机涂层中浓度梯度消失，另在界面区因基底金属复式反应速度加紧而形成新浓度另在界面区因基底金属复式反应速度加紧而形成新浓度梯度层。梯度层。第100页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用在缓蚀剂研究中应用在缓蚀剂研究中应用 MTS浓度（mM）Rct（kcm2）H(%)0 0.424 0.12.0479.2 12.3081.5104.1989.96.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第101页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用在钝化膜性能研究中应用在钝化膜性能研究中应用 浸渍时间对钝化膜浸渍时间对钝化膜EIS影响影响钝化液钝化液pH对钝化膜对钝化膜EIS影响影响6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第102页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用在镀层性能研究中应用在镀层性能研究中应用 无添加剂无添加剂有添加剂有添加剂高速镀锌层在高速镀锌层在NaCl溶液中界面溶液中界面EC6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第103页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.3在腐蚀科学研究中应用在腐蚀科学研究中应用在镀层性能研究中应用在镀层性能研究中应用 化学镀镍磷合金在浓化学镀镍磷合金在浓NaOH溶液中溶液中EC高磷化学镀镍镀层在浓碱溶液中高磷化学镀镍镀层在浓碱溶液中EIS行为行为6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第104页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.4在化学电源研究中应用在化学电源研究中应用6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第105页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.4在化学电源研究中应用在化学电源研究中应用6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第106页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）6.9.4在化学电源研究中应用在化学电源研究中应用6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第107页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学电源研究中应用在化学电源研究中应用 E(V)Rct(10-2cm2)-0.1122.20-0.084.29-0.051.96锑电极在不一样过锑电极在不一样过电势时电势时Bode图图6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用第108页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学电源研究中应用在化学电源研究中应用 6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用J Solid State Electrochem()9:421428第109页哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）在化学电源研究中应用在化学电源研究中应用 6.9EIS在电化学中应用在电化学中应用J Solid State Electrochem()9:421428物理意义：物理意义：Rs:从参比电极到工作电极溶液电阻从参比电极到工作电极