همه چیز درباره طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی EIS

جهت تحلیل آزمون های خوردگی در حد مقالات ISI و انجام پروژه ها و پایان نامه های دانشجویی در زمینه ی خوردگی با قسمت تماس با ما ارتباط حاصل فرمایید

همه ی آنچه یک مهندس خوردگی نیاز دارد اینجاست. کلیک کنید

در مطالعه سیستم های الکتروشیمیایی ،روش EIS به عنوان وسیله ای قدرتمند در مطالعه خوردگی (تعیین سرعت خوردگی،بررسی لایه روئین،عملکرد بازدارنده ها،تعیین مکانیزم واکنش و..)ارزیابی پوششها(بررسی صحت پوششها،اندازه گیری دی الکتریک،تعیین بازدهی حفاظت دربرابر خوردگی و ..)ابکاری الکتریکی(فرمولاسیون حمام،عملیات آماده سازی سطح،مکانیزم رسوب گذاری،تعیین خصوصیات رسوب و...)،سرامیکها(تعیین خصوصیات سرامیک،تعیین ضخامت و..)و نیمه هادیها روزبه روز مهمتر می شود.

امپدانس الکتریکی یا به طور ساده امپدانس، میزان مخالفت در برابر جریان متناوب سینوسی را توصیف می‌کند. در جریان مستقیم تفاوتی بین مقاومت و امپدانس نیست چرا که می‌شود مقاومت را به عنوان امپدانس با فاز صفر درجه تصور کرد. واربرگ اولین کسی بود که مفهوم امپدانس را به سیستم‌های الکتروشیمیایی توسعه داد. اساس کار این روش اندازه‌گیری امپدانس جریان متناوب در دامنه‌ای از فرکانس است. به دلیل توسعه دستگاه‌های کاربردی در این روش و قابلیت دست­یابی به اطلاعات اضافی در مورد و عملکرد پیل الکتروشیمیایی، استفاده از این روش رو به گسترش می­باشد. این روش شامل اعمال پتانسیل کوچک متغیر با زمان، اندازه گیری چگالی جریان تبادلی، تعیین امپدانس سیستم و زاویه فاز امپدانس می‌باشد. در واقع در آنالیز EIS، امپدانس سیستم (Z)، زاویه فاز بین امپدانس و پتانسیل اعمالی، به‌صورت تابعی از فرکانس اعمالی تعیین می‌شوند. به ‌طور ‌کلی دو جزء مختلف در امپدانس دخیل است. اولین جزء ناشی از حضور مقاومت‌ها در مدار بوده و تنها مقدار موج متناوب را تغییر ‌می‌دهد. این جزء با نام جزء واقعی  شناخته‌ می‌شود. جزء دوم ازسایر اجزای مدار مانند خازن و سلف ناشی ‌می‌شود. این جزء را جزء موهومی (Z″) می‌نامند. امپدانس موهومی علاوه بر مقدار موج متناوب، فاز آن را نیز تحت ‌تأثیر قرار ‌می‌دهد. واکنش های الکتروشیمیایی در سطح مشترک الکترود- الکترولیت را نمیتوان با استفاده از اندازه‌گیریهای الکتروشیمیایی قدیمی، بهطور کامل درک نمود. آن روشها تنها جریانهای فارادهای و غیرفارادهای را نشان میدهند. توصیف کامل این واکنشها، نیاز به اندازهگیری های امپدانس در محدوده وسیعی از فرکانس و پتانسیل های مختلف و نیز سنجش همه مشخصه های الکتریکی سطح دارد. اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، ابزاری نیرومند برای توصیف سیستم‌های الکتروشیمیایی مختلف است.

روشEIS نسبت به روشهای dc دارای چهارمزیت است که عبارتند از:

الف)مقدار تحریک کوچک:تکنیک E.I.S. مقدار تحریک بسیارکوچکی استفاده می کند که اغلب در دامنه10-5 میلی ولت پیک تا پیک قرار دارد.شکل موجهای تحریک این مقدار موجب کمترین آشفتگی سیستم الکتروشیمیایی تحت ازمایش می شود که این به نوبه خود موجب کاهش خطاهای حاصل از تکنیک اندازه گیری می شود.

ب)مطالعه مکانیزم:چون داده های حاصل از آزمایش های امپدانس الکتروشیمیایی هم اطلاعاتی در مورد طرفیت و هم در مورد سینتیک انتقال بار به دست می دهند می توان مطالعات مکانیزمی سیستم را با آنها انجام داد.

ج)صحت اندازه گیری:از آنجا که در روش E.I.S. جاروب پتانسیل وجود ندارد اندازه گیری می تواند درمحلولهای با هدایت کم نیز انجام شود.حال انکه روش های dc در چنین محلولهایی به شدت در معرض خطاهای کنترل پتانسیل قرار دارند.درواقع می توان برای تعیین مقاومت جبران نشده یک سل،از E.I.S. استفاده کرد.

د)استفاده از مدل الکتریکی:مهمترین مزیت E.I.S. به روشهای dc این است که در ان از یک مدل کاملاً الکتریکی برای پدیده الکتروشیمیایی استفاده می شود.فصل مشترک یک الکترود که متحمل واکنش شیمیایی می شود،مشابه یک مدار الکتریکی است که شامل ترکیب خاصی از مقاومت ها و خازن ها می­باشد.با استفاده از این تشابه می-توان با برقراری تئوری مدارac سیستم الکتروشیمیی را به صورت مدار معادل آن تشخیص داد و بررسی کرد.

امپدانس الکتریکی یا به طور ساده امپدانس، میزان مخالفت در برابر جریان متناوب سینوسی را توصیف می‌کند. در جریان مستقیم تفاوتی بین مقاومت و امپدانس نیست چرا که می‌شود مقاومت را به عنوان امپدانس با فاز صفر درجه تصور کرد. واربرگ اولین کسی بود که مفهوم امپدانس را به سیستم‌های الکتروشیمیایی توسعه داد. اساس کار این روش اندازه‌گیری امپدانس جریان متناوب در دامنه‌ای از فرکانس است. به دلیل توسعه دستگاه‌های کاربردی در این روش و قابلیت دست­یابی به اطلاعات اضافی در مورد و عملکرد پیل الکتروشیمیایی، استفاده از این روش رو به گسترش می­باشد. این روش شامل اعمال پتانسیل کوچک متغیر با زمان، اندازه گیری چگالی جریان تبادلی، تعیین امپدانس سیستم و زاویه فاز امپدانس می‌باشد. در واقع در آنالیز EIS، امپدانس سیستم (Z)، زاویه فاز بین امپدانس و پتانسیل اعمالی، به‌صورت تابعی از فرکانس اعمالی تعیین می‌شوند. به ‌طور ‌کلی دو جزء مختلف در امپدانس دخیل است. اولین جزء ناشی از حضور مقاومت‌ها در مدار بوده و تنها مقدار موج متناوب را تغییر ‌می‌دهد. این جزء با نام جزء واقعی  شناخته‌ می‌شود. جزء دوم ازسایر اجزای مدار مانند خازن و سلف ناشی ‌می‌شود. این جزء را جزء موهومی (Z″) می‌نامند. امپدانس موهومی علاوه بر مقدار موج متناوب، فاز آن را نیز تحت ‌تأثیر قرار ‌می‌دهد. واکنش های الکتروشیمیایی در سطح مشترک الکترود- الکترولیت را نمیتوان با استفاده از اندازه‌گیریهای الکتروشیمیایی قدیمی، بهطور کامل درک نمود. آن روشها تنها جریانهای فارادهای و غیرفارادهای را نشان میدهند. توصیف کامل این واکنشها، نیاز به اندازهگیری های امپدانس در محدوده وسیعی از فرکانس و پتانسیل های مختلف و نیز سنجش همه مشخصه های الکتریکی سطح دارد. اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، ابزاری نیرومند برای توصیف سیستم‌های الکتروشیمیایی مختلف است.

مفهوم امپدانس

قانون اهم، رابطه ای ساده بین پتانسیل dc و جریان dc ارائه می دهد. برای اندازهگیری امپدانس، موج کوچکی در حد mV 10- 5، از یک فرکانس معین اعمال می‌شود.                 

Z، امپدانس یا مقاومت ظاهری است که واحد آن اهم می باشد. در واقع امپدانس، مقاومتی پیچیده و کلی است که وقتی جریان از مدار شامل مقاومت ها، خازن ها یا القاگرها و یا ترکیبی از آن ها، عبور می کند، نمایان می شود و با توجه به چگونگی آرایش اجزای الکترونیکی، می توان اندازه و جابجایی فاز آن را محاسبه نمود.  با توجه به رابطه بالا، امپدانس، نسبت Eac به iac است. بنابراین با استفاده از روابط مربوط به عناصر مختلف مدار در حوزه فرکانس، می توان امپدانس مربوط به آن ها را به دست آورد. لازم به ذکر است، مدار معادل یک سیستم الکتروشیمیایی معمولاً از ترکیب چند عنصر الکترونیکی تشکیل شده است که به حالت های مختلف به هم متصل شده اند و هرچه مدار پیچیده تر باشد، امپدانس آن نیز پیچیده تر می شود.

یکی از روش‌های مطلوب نمایش داده‌های امپدانس، منحنی نایکوئیست می‌باشد.در این قالب نمایش، داده‌ها در مختصات مختلط امپدانس حقیقی Z' بر حسب امپدانس موهومی Z'' در محدوده‌ای از فرکانس تحریک رسم می‌شوند. این نحوه نمایش به منحنی صفحه‌ای مختلط امپدانس و منحنی کوله-کول نیز معروف است.

دیاگرام بد

در دیاگرام بد، مقدار مطلق امپدانس یا زاویه فاز، در برابر فرکانس رسم می گردد.

دیاگرام واربورگ

در واقع امپدانس واربورگ، به وسیله انتقال جرم شکل می گیرد.

در صورت نیاز به اطلاعات کامل تر در مورد امپدانس الکتروشیمیایی میتوانید از بخش ارتباط با ما درخواست خود را مطرح نمایید.