交流阻抗法的概念

交流阻抗法的特点

导电高分子的EIS的一般特征

交流阻抗法的应用

交流阻抗法的概念

拼音:jiaoliuzukangfa

英文名称：Ac impedance method

说明:一种利用小幅度交流电压或电流对电极扰动，进行电化学测试的方法。从获得的交流阻抗数据，可以根据电极的摸拟等效电路，计算相应的电极反应参数。若将不同频率交流阻抗的虚数部分对其实数部分作图，可得虚、实阻抗（分别对应于电极的电容和电阻）随频率变化的曲线，称为电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectrum;EIS）或交流阻抗复数平面图。该法在电化学中的应用已较普遍。

交流阻抗法的特点

1.可以研究修饰电极表面的性质

2.用小幅度交流信号扰动电解池，观察体系在稳态时对扰动跟随的情况

3.可以明显的看出修饰电极表面的电子传递速率与裸电极表面的电子传递速率的区别。

电化学阻抗谱(EIS) 优于其它暂态技术的一个特点是, 只需对处于稳态的体系施加一个无限小的正弦波扰动, 这对于研究电极上的薄膜, 如修饰电极和电化学沉积膜的现场研究十分重要, 因为这种测量不会导致膜结构发生大的变化。此外, E IS 的应用频率范围广(10^-2～ 10^5 Hz) , 可同时测量电极过程的动力学参数和传质参数, 并通过详细的理论模型或经验的等效电路, 即用理想元件(如电阻和电容等) 来表示体系的法拉第过程、空间电荷以及电子和离子的传导过程, 说明非均态物质的微观性质分布, 因此, E IS 现已成为研究电化学体系和腐蚀体系的一种有效的方法。

导电高分子的EIS的一般特征

对于导电高分子膜的修饰电极, 其EIS 特征类似于多孔电极或氧化还原电极的EIS 的行为,典型的复平面阻抗图的特征为: (1) 在高频区有一个由界面电荷转移过程产生的圆心在实轴下的半圆, 可用电阻和电容的并联结合来表示。当w →∞, 半圆与实轴的交点为R s+ R f, 其中R s 和R f 分别表示溶液和膜的未补偿欧姆电阻;

(2) 中间频率区为电活性物种在膜中的有限扩散引起的W ar-burg 型阻抗, 其斜率小于45°;

(3) 低频区对应于高分子内电荷的饱和所引起的纯电容阻抗。

交流阻抗法的应用

电导率测量有直流法和交流法两种，直流法可以测量样品的总电阻即体电阻和晶界电阻之和，而交流法可以将体电阻和晶界电阻对总电阻的贡献分开，故而自七十年代以来在固体电解质（快离子导体）的研究中，交流阻抗谱技术得到了广泛的应用。交流阻抗谱分析对于确定材料的基本电化学参量，了解材料的结构特点和离子输运机制，都具有重要的应用意义。

交流阻抗谱法是交流法测量电导率的发展，它通过往测试体系上施加一个频率可变的正弦波电压微扰，测试其阻抗的频率响应，来得到固体电解质和界面的相应参数。对于一个电池体系（包括电解质和电极），当施加一个正弦波微扰信号：

（2-1）

（其中U为电压有效值，ω为角频率，ω=2πf，f为交流频率，t为时间， 为电压初相位， ，Re为取实部。）

回路所产生的电流一般也为正弦波，可以写为：

（2-2）

定义：电压相量

电流相量

则测量体系的阻抗可以表示为：

（2-3）

例如，对于纯电阻R， ；

对于纯电容C，

对于纯电感 L，

对于一个电阻R 和电容C并联的电路，其阻抗为：

(2-4)

一般是把不同频率下测得的阻抗（ ）和容抗（ ）作复数平面图，横坐标为 ，纵坐标为 ，得到的图称为阻抗谱图（也称Nyquist图）。