طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی

طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (به انگلیسی: Electrochemical Impedance Spectroscopy، EIS) یکی از روش‌های بررسی سرعت خوردگی است. اساس کار این روش اندازه‌گیری امپدانس جریان متناوب در دامنه‌ای از فرکانس است.^[۱]

روش کار

چند شیوه برای انجام این آزمون وجود دارد.

پتناسیل ثابت در این روش پتانسیل کوچکی به صورت متغیر با زمان در حدود مقدار E_corr به نمونه اعمال شده و I_ex اندازه‌گیری شده و امپدانس سیستم و زاویه فاز امپدانس تعیین می‌شود. این کمیت‌ها در ارتباط با فرایندهای الکتروشیمیایی، شیمیایی و فیزیکی پیل تفسیر می‌شوند.

بسامد ثابت در این روش بسامد ثابتی انتخاب میشود و پتانسیل روبش میکند.

گالوانی در این آزمایش جریان ثابتی انتخاب میشود و بسامد تغییر میکند.

تاریخچه

واربورگ^[۲] اولین کسی بود که مفهوم امپدانس را به سیستم‌های الکتروشیمیایی توسعه داد.^[۳] اما Epelboin و همکارانشان برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ میلادی آنالیز سیستم دینامیک مدرن را معرفی کردند.^[۴] مانسفلد و کندیگ اولین کسانی بودند که اصطلاح «طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی» را در مقالهٔ خود بکار بردند.^[۵]

شیوه های نمایش نتایج

دو نوع مرسوم شیوه نمایش نتایج Z , 'Z نسبت به هم و شیوه نمایش بُد است.

کاربردها

از کاربردهای طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

خوردگی

تعیین سرعت، بررسی پوشش‌ها و ممانعت‌کننده‌ها و بررسی لایهٔ پسیو^[۶]^[۷]^[۸]

پیل‌ها

مقدار شارژ، انتخاب مواد و طراحی الکترود^[۹]^[۱۰]

پوشش‌دهی الکتریکی

فرمول حمام پوشش، پیش‌عملیات سطحی، مکانیزم پوشش‌دهی و بررسی خصوصیات رسوب^[۱۱]^[۱۲]

نیمه‌رساناها

بررسی خصوصیات فتوولتائیک و توزیع دوپانت‌ها^[۱۳]^[۱۴]

جستارهای وابسته

منابع

↑ E.E. Stanbury and R.A. Buchanan, Fundamentals of Electrochemical Corrosion, Materials Park, OH, ASM International, 2000.
↑ Warburg
↑ Digby D. Macdonald, Reflections on the history of electrochemical impedance spectroscopy, Electrochimica Acta, 51, 1376-1388, 2006. doi:10.1016/j.electacta.2005.02.107
↑ I. Epelboin, C. Gabrielli and M. Keddam, Non-steady state technique in Comprehensive Treatise of Electrochemistry (E. Yeager, J.O'M. Bockris, B.E. Conway and S. Sarangapani, eds.) Vol. 9, p 62. , Plenum Press, New York, 1984.
↑ F. Mansfeld, M. W. Kendig, Electrochemical Impedance Spectroscopy of protective coatings, Werkstoffe und Korrosion, 36 473 - 483, 1985. doi:10.1002/maco.19850361102
↑ Mansfeld, F. , Recording and Analysis of AC Impedance Data for Corrosion Studies: 1. Background and Methods for Analysis, Corrosion, 37, 301-307, 1981.
↑ Mansfeld, F. ; Kendig, M. W. ; Tsai, S. Recording and Analysis of AC Impedance Data for Corrosion Studies: 1. Experimental Approach and Results, Corrosion, 38, 570-580, 1982.
↑ Cahan, B. D. ; Chen, C. T. Me Nature of the Passive Film on Iron: II. Impedance Studies, J. Electrochem. Soc. , 129, 474-480, 1982.
↑ Casson, P. ; Hampson, N. A. ; Willors, M. J. Fundamentals of Lead-Acid Cells: Part VII. The A. C. Response of Lead Dioxide Electrodes in Sulfuric Acid, J. Electroanal. Chern. , 97, 21- 32, 1979.
↑ McBreen, J. et al. Zinc Electrode Morphology in Alkaline Solutions: 11. Study of Alternating Charging Current Modulation on Pasted Zinc Battery Electrodes, J. Electrochem. Soc. , 130, 1641-1645, 1983.
↑ Epelboin, I. ; Joussellin, M. ; WiarL R. Impedance Measurements for Nickel Deposibon in Sulfate and Chloride Electrolytes, J. Appi. Electrochem. , 119, 61, 1981.
↑ Franceschetti, D. R. ; Macdonald, J. R. Small -Signal A-C Response Theory for Electrochromic Thin Films, J. Electrochem. Soc. , 129, 1754-1756, 1982.
↑ Etman, M. ; Koehler, C. ; Parsons, R. A Pulse Method for the Study of the Semiconductor-Electrolyte Interface, J. Electroanal. Chem. , 130, 57-67, 1981.
↑ Weber, M. F. ; Schumacher, L. C. ; Dignam, M. J. Effect of Hydrogen on the Dielectric and Photoelectrochemical Properties of Sputtered TiO2 Films, J. Electrochem. Soc. , 129, 2022-2028, 1982.

منابعی برای مطالعه بیشتر

Mark E. Orazem, Bernard Tribollet, Electrochemical Impedance Spectroscopy, Wiley-Interscience, 2008. ISBN 0-470-04140-4

[1] E.E. Stanbury and R.A. Buchanan, Fundamentals of Electrochemical Corrosion, Materials Park, OH, ASM International, 2000.

[2] Warburg

[3] Digby D. Macdonald, Reflections on the history of electrochemical impedance spectroscopy, Electrochimica Acta, 51, 1376-1388, 2006. doi:10.1016/j.electacta.2005.02.107

[4] I. Epelboin, C. Gabrielli and M. Keddam, Non-steady state technique in Comprehensive Treatise of Electrochemistry (E. Yeager, J.O'M. Bockris, B.E. Conway and S. Sarangapani, eds.) Vol. 9, p 62. , Plenum Press, New York, 1984.

[5] F. Mansfeld, M. W. Kendig, Electrochemical Impedance Spectroscopy of protective coatings, Werkstoffe und Korrosion, 36 473 - 483, 1985. doi:10.1002/maco.19850361102

[6] Mansfeld, F. , Recording and Analysis of AC Impedance Data for Corrosion Studies: 1. Background and Methods for Analysis, Corrosion, 37, 301-307, 1981.

[7] Mansfeld, F. ; Kendig, M. W. ; Tsai, S. Recording and Analysis of AC Impedance Data for Corrosion Studies: 1. Experimental Approach and Results, Corrosion, 38, 570-580, 1982.

[8] Cahan, B. D. ; Chen, C. T. Me Nature of the Passive Film on Iron: II. Impedance Studies, J. Electrochem. Soc. , 129, 474-480, 1982.

[9] Casson, P. ; Hampson, N. A. ; Willors, M. J. Fundamentals of Lead-Acid Cells: Part VII. The A. C. Response of Lead Dioxide Electrodes in Sulfuric Acid, J. Electroanal. Chern. , 97, 21- 32, 1979.

[10] McBreen, J. et al. Zinc Electrode Morphology in Alkaline Solutions: 11. Study of Alternating Charging Current Modulation on Pasted Zinc Battery Electrodes, J. Electrochem. Soc. , 130, 1641-1645, 1983.

[11] Epelboin, I. ; Joussellin, M. ; WiarL R. Impedance Measurements for Nickel Deposibon in Sulfate and Chloride Electrolytes, J. Appi. Electrochem. , 119, 61, 1981.

[12] Franceschetti, D. R. ; Macdonald, J. R. Small -Signal A-C Response Theory for Electrochromic Thin Films, J. Electrochem. Soc. , 129, 1754-1756, 1982.

[13] Etman, M. ; Koehler, C. ; Parsons, R. A Pulse Method for the Study of the Semiconductor-Electrolyte Interface, J. Electroanal. Chem. , 130, 57-67, 1981.

[14] Weber, M. F. ; Schumacher, L. C. ; Dignam, M. J. Effect of Hydrogen on the Dielectric and Photoelectrochemical Properties of Sputtered TiO2 Films, J. Electrochem. Soc. , 129, 2022-2028, 1982.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]

[۱۲]

[۱۳]

[۱۴]