电化学交流阻抗谱详解省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

电化学交流阻抗谱电化学交流阻抗谱第1页1.电化学交流阻抗谱介绍电化学交流阻抗谱介绍1.1 交流阻抗谱方法是一个以小振幅正弦波电位为扰动信号电测量方法。优点：体系干扰小提供多角度界面状态与过程信息，便于分析腐蚀缓蚀作用机理数据分析过程相对简单，结果可靠缺点：复杂阻抗谱解释第2页1.2 物理参数和等效电路元件1.2.1 物理参数A.溶液电阻（Rs）B.双电层电容（Cdl）C.极化阻抗（Rp）D.电荷转移电阻（Rct）E.扩散电阻（Zw）F.界面电容（C）和 常相角元件（CPE）G.电感（L）对电极和工作电极之间电解质对电极和工作电极之间电解质之间阻抗之间阻抗工作电极与电解质之间电容工作电极与电解质之间电容 当电位远离开路电位时时，造成电极当电位远离开路电位时时，造成电极表面电流产生，电流受到反应动力学表面电流产生，电流受到反应动力学和反应物扩散控制。和反应物扩散控制。电化学反应动力学控制电化学反应动力学控制反应物从溶液本体扩散到电反应物从溶液本体扩散到电极反应界面阻抗极反应界面阻抗通常每一个界面之间都会存通常每一个界面之间都会存在一个电容在一个电容。第3页A.溶液电阻（Rs）B.极化阻抗（Rp）C.电荷转移电阻（Rct）D.扩散电阻（Zw）E.界面电容（C）和 常相角元件（CPE）第4页注意事项：1.Rp近似Rct+Zw，但不是完全相等 2.极化阻抗经过计划曲线也能够得到（腐蚀电位出切线斜率）第5页1.2.2.等效电路元件R 阻抗C 电容L 电感W 无限扩散阻抗O 有限扩散阻抗Q 常相角元件阻抗导纳第6页1.3 等效电路（A A）一个时间常数）一个时间常数Nyquist图图相位图相位图大致表征几个大致表征几个时间常数时间常数判断电容。阻抗等结构元件RsCdlRct 或Rp第7页Nyquist图图RsCdlRctZw一个时间常数第8页（B B）两个时间常数）两个时间常数两个时间常数界面电容界面阻抗双电层电容电荷转移阻抗第9页常见两个时间常数电路图第10页（C C）三个时间常数）三个时间常数CPESGRSGCPEOXROXCPEDL第11页常见三个时间常数电路图第12页1.4.在腐蚀与防护中应用（1）两个时间常数模型金属金属本体本体腐蚀产物层腐蚀产物层金属腐蚀机制研究金属腐蚀机制研究第13页研究不一样镀层钢材腐蚀情况研究不一样镀层钢材腐蚀情况第14页金属金属本体本体防护层防护层缓蚀剂缓蚀机制研究缓蚀剂缓蚀机制研究第15页研究头孢类抗生素缓蚀作用研究头孢类抗生素缓蚀作用第16页Adv.Mater.,18,1672-1678Chem.Mater.,19,402-411Adv.Funct.Mater.,18,3137-3147（2）三个时间常数模型(a)自修复膜腐蚀机制研究自修复膜腐蚀机制研究第17页保护膜保护膜钝化膜钝化膜金属本体金属本体第18页保护膜保护膜钝化膜钝化膜金属腐蚀区金属腐蚀区第19页12341.保护膜电容区2.保护膜阻抗区3.钝化膜电容区4.钝化膜阻抗区电容伴随频率降低而增加电容伴随频率降低而增加阻抗不随频率而改变阻抗不随频率而改变第20页保护膜层阻抗改变保护膜层阻抗改变钝化膜层阻抗改变钝化膜层阻抗改变第21页(b)微生物腐蚀机制研究微生物腐蚀机制研究Corrosion Science 49()2159-2176第22页第23页不一样阶段SRB膜AFM图第24页下一步计划：下一步计划：抗生素类抗生素类缓蚀剂缓蚀剂SiO2MnO2TiO2ZrO2层状插层核壳结构多孔结构无机纳无机纳微材料微材料有机聚有机聚电解质电解质聚阴离子聚阳离子智能感应聚合物pH 敏感光敏感热敏感电化学敏感特殊离子敏感多环环中掺杂 N 或者S缓蚀剂缓蚀剂有机聚有机聚合电解合电解质质无机纳微材料无机纳微材料第25页 动电位极化曲线动电位极化曲线第26页2.动电位极化曲线介绍经过控制电极电位或者电流密度值，测定对应电流密度经过控制电极电位或者电流密度值，测定对应电流密度或者电位改变而得到电极电位与电流密度关系曲线，被或者电位改变而得到电极电位与电流密度关系曲线，被称为极化曲线。称为极化曲线。优点优点曲线上特征电位值（自腐蚀电位，孔蚀电位等）能够比较金属腐蚀特征直接取得曲线Tafel参数直接计算缓蚀效率，研究缓蚀剂作用机理缺点缺点极化测量施加电位会对腐蚀体系造成一定影响和干扰。（腐蚀电位Ecorr漂移）第27页极化分类 分类电化学极化浓差极化电阻极化电极界面电化学反应为控制步骤反应物扩散过程为控制步骤电流经过电解质与电极界面所产生欧姆电位降阴阳极反应所需活化能较高阳极极化阴极极化（氧还原反应和释氢反应）第28页阳极反应曲线阳极反应曲线阴极反应曲线阴极反应曲线释氧区过钝化区钝化区过渡态区活性区（MMn+n e-）氧还原区（O2 n e-O2n-）氧扩散区释氢区第29页Tafel区线性极化区过渡区Tafel区线性极化区第30页极化曲线获取信息1.腐蚀电位(Ecorr)，腐蚀电流（icorr）2.取得Tafel参数（阴极极化斜率ba，阳极极化斜率bk）3.研究防腐蚀机理，能够知道是阳极机制剂、阴极抑制剂或者是混合型抑制剂。4.经过腐蚀电流能够计算腐蚀抑制效率（IE%=1-i1.corr/i2.corr）第31页极化曲线在腐蚀与防护中应用铝合金在含有氯离子乙二醇-硼酸溶液中腐蚀行为研究第32页氨基苯唑在3.5%NaCl中铜镍合金防腐蚀研究缓蚀剂存在改变了阳极钝化过程，使铜镍合金愈加轻易钝化，增加抗腐蚀性能。第33页超疏水层状双羟基对于铝合金防腐蚀研究铝阳极氧化铝/铝基底层状双羟基/铝基底圆桂酸-阳极氧化铝/铝基底圆桂酸-层状双羟基/铝基底第34页线性极化介绍活化控制腐蚀体系 试验或者文件中得到tafei斜率，或者失重法校正得到B值在一定时间间隔在线性极化区测定Rp上述方程基于两点假设：1.腐蚀体系阴阳极都受活化极化控制，浓度极化及电阻极化能够不计。2.腐蚀电位与阴阳极平衡电位相差很远。第35页线性极化法优点1.快速测定金属腐蚀体系瞬间腐蚀速度2.对腐蚀体系影响和干扰极少，重现性好3.进行连续检测和现场监控，而且能够用于筛选金属材料和缓蚀剂以及评价金属镀层耐腐蚀性能缺点1.另行测定或者从文件中选取塔菲尔常数不能够反应腐蚀速度随时间改变情况2.线性极化区时近似，准确度不是很高3.不适合用于电导率较低体系，应用范围受到限制第36页N.B.i for summed curve=ia+|ic|(ia=x)=polarization resistance第37页