交流阻抗法电化学测试技术有哪些应用？

常用的电化学测试有电流分析法(也称为计时安培法)、差分脉冲安培法(DPA)、差分脉冲伏安法(DPV)、循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)、常规脉冲伏安法(NPV)、方波伏安法(SWV)等。

其中，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。交流阻抗谱应用在蟾蜍膀胱膜通透性研究中发现,上皮细胞膜的通透性变化可以在交流阻抗谱的复平面图上直观地显示出来,顶膜和底侧膜的性状表现为两个连续的容抗半圆,顶膜和底侧膜阻抗很容易地分开。进而以此为基础探讨了制菌霉素对顶膜的作用机理。

2.物理学领域

将交流阻抗法应用于双电层电容器电解液的研究,在测得阻抗频谱曲线的基础上,对其进行等效电路解析,再结合电解液性质对双电层的结构、界面状态等进行分析,从而对电解液的优劣从物理本质上进行分析与理解。交流阻抗技术用于研究导电聚合物的导电性是很成功的。P.Passiniemi 和K. Vakiparta用此技术研究了聚苯胺共混物的导电特性,发现在非导电体聚合物基体上浇注PANI 盐与熔入PANI 盐相比具有非常高的电容,这是因为具有很高导电性能和电容的导电纤维和颗粒的分布水平引起的。

3 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。交流阻抗方法应用于对铝合金表面稀土转化膜进行了研究,发现了铈膜的成膜机理及其优良的耐蚀性能。在胶凝材料方面,研究孔结构常用的方法有压汞法、氦统计法和氮吸附法等。由于检测仪器的局限性,在应用上述方法时,被测试样的体积均要求很小。这对于混凝土类多组分复合的非均质材料,采用局部微小体积进行分析,显然所获结果是有局限性的。近年来交流阻抗谱技术在混凝土材料方面的研究方兴未艾,研究结果表明,交流阻抗谱与混凝土的孔结构有密切的关系,而且交流阻抗谱的电学参数可反映出材料组成对孔结构的影响。尤其是用于交流阻抗谱分析的试样体积可以是胶砂试件或混凝土抗压强度标准试件,克服了其它检测方法试样体积小的局限性。交流阻抗谱检测过程时间短而且是非破损检测,可在同一试件上进行孔结构分析和力学破坏试验,因此,利用交流阻抗谱方法分析孔结构并建立材料孔结构与力学性能的关系更为直接可靠。史美伦等在胶凝材料力学性能与孔结构的关系的基础上,从交流阻抗谱表征孔结构的两个电学参数出发,建立了力学性能与交流阻抗谱之间的关系,并进一步研究了胶凝材料品种、组成与交流阻抗谱和力学性能之间的关系,指出了各种不同因素对力学性能的不同影响。

4 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。