Download - Spectroscopie de Impedanta
Tehnica spectroscopiei de impedanta
metoda complexa de caracterizarea a proprietatilor electrice ale materialelor si ale interfetelor acestora cu electrozi conductori
folosita in studiul dinamicii sarcinilor electrice legate sau libere din volum sau din regiunea de interfata, pentru orice tip de material solid sau lichidionic, semiconductor, mixt electronic-ionic, izolator (dielectric)
Masuratori electrice: celule cu doi electrozi identici (fete plan-paralele) intre care se afla materialul de caracterizat
tehnicaaplicarea unui semnal electric extern pe electrozi (tensiune sau curent cunoscute ) si observarea raspunsului (curentul sau tensiunea rezultate)
Impedanta
1
Tipuri de semnale electrice folosite in spectroscopia de impedanta
functie treapta
2
measurat estimat
2
1
Raspuns variabil in timp - transformata Fourier in frecvente
distorsiuni care apar datorita neperiodicitatii semnalului aplicat
semnal aplicat de forma compus din zgomot alb si masurarea curentului rezultant
transformata Fourier resultate in domeniul frecventelor
Advantaje: achizitie rapida de date, un singur semnal aplicat pentru un timp foarte scurtnecesita zgomot alb
Solutii posibile: excitarea cu o suma de unde sinusoidale in locul zgomotului alb
t=0
Impedanta
3 aplicarea unei tensiuni (curent) cu o singura frecventa
defazajul si modulul curentului la acea frecventa
masurate
Aparate: masoara impedanta in functie de frecventa in domeniul 1mHz -100MHz
Parametri obtinuti folosind tehnica spectroscopiei de impedanta:
pentru material : conductivitate, constanta dielectrica, mobilitatea sarcinilorechilibrul concentratiilor particulelor incarcate electric,generarea si recombinare a sarcinilor din volum
pentru interfata material-electrod: constante de absorbtie, capacitatea electrica a regiunii de interfata, coeficientii de difuzie ai diverselor specii neutre
3
Impedanta
Raspunsul la aplicarea unui semnal extern cu amplitudine mica
semnal monocromatic aplicat curent masurat
diferenta de faza dintre tensiune si curent (zero, rezistenta pura )
Raspunsul elementelor capacitive si inductive:
folosind transformatele Fourier
similara legii Ohm pentru curent continuu
4
Impedanta
functia impedanta
marimea complexa pentru capacitate
pentru inductanta
Alte functii:
admitanta
susceptanta
impedanta reactanta
s – “serie”, p – “paralel”
5
Impedanta
functia modul
capacitatea celulei goale
Relatii dintre functii:
6
Impedanta
un mod arbitrar in alegerea circuitului echivalent: representarea serie sau paralel
Maxwell: considerand campul electric din material omogen , reprezentarea “naturala” este cea a unei rezistente in paralel cu o
capacitate
Pentru a gasi elementele echivalente in reprezentarea serie, impunem
7
Impedanta
Considerand expresia reactantei,
Chiar daca si nu depind de frecventa (nedispersive),
si depind de frecventa (dispersive)
8
Impedanta
In analiza prezentata am determinat elementele unui circuit serie echivalent unui circuit paralel format dintr-o rezistenta si o capacitate
Problema inversa : determinarea elementelor unui circuit paralel, echivalent unui circuit serie format dintr-o rezistenta si o capacitate
Este necesara evaluarea admitantei celor doua circuite
“paralel”
“serie”
9
Impedanta
Exprimand capacitatea circuitului serie se obtine expresiile:
nedispersive dispersive
alegerea reprezentarii depinde de analiza teoretica datelor experimentale 10
Impedanta
Proba aproximata cu o rezistenta si o capacitate in paralel
(conductie si deplasare )
mediu izotrop, camp electric constant
tensiune sinusoidala externa
mediu liniar, regim Ohmic
11
Impedanta
rezistenta echivalenta si reactanta, in reprezentarea serie:
frecventa unghiulara de relaxare a volumului
minimul reactantei
rezistenta constanta pana la
limita dc: R(0)=RB
12
Impedanta
13
semicerc cu centrul in (RB/2, 0)
in reprezentarea parametrica maximul valorii absolutea reactantei corespunde frecventei de relaxare a volumului
Impedanta
14
factor de disipatie tangenta unghiului format devectorul complex, impedanta, cu axa reala
limita dc: curentul nu este zero exista un schimb de sarcini intreproba si circuitul extern:electrozi neblocanti
Impedanta
Circuitul echivalent cu electrozi blocanti
nu exista curent dc prin proba
nemodificat
prezinta un maximsi un minim
15
Impedanta
maximul siminimul reactantei
Factorul de disipare
D are un maxim la aceeasi frecventa la carereactanta prezinta un minim
16
Impedanta
parte liniara legata de
tinde la infinit atunci cand
reactanta legata de este comparabila cu cea legata de proprietatile de volum numai pentru
si este neglijabila pentru 17
Impedanta
Circuitul echivalent al celulei cu electrozi neblocanti
poate exista curent dc prin proba
rezistanta si reactanta echivalente
limita dc
rezistenta pura
18
Impedanta
un nou platou in zona frecventelor mici legata de prezenta stratului de suprafata cu rezistenta finita
un nou minim al reactantei
factor de disipare
19
Impedanta
cercul din regiunea frecventelor mici este legat de proprietatile de suprafata, cel din regiunea frecventelor marieste legat de proprietatile de volum
20
Impedanta
JPCB, 109, 23444(2005), M.Becchi et al 21
Rezultate experimentaleImpedanta
Experimental : impedanta sau admitanta
Evaluarea Rp and Cp
Modele fizice
Curentul in electrolit: datorat mecanismului de drift-difuzie
neglijam difuzia analiza se face in regiunea frecventelor mari
Rolul electrozilor in procesul de conductie
blocanti, adsorbanti, ohmici modificarea spectrului in regiunea frecventelor mici
22
Impedanta
Rezultate neasteptate cresterea lui R in regiunea frecventelor mici
23
Impedanta
Interpretare fenomenologica
Impedanta de interfata
comportare diversa pana la
nu se modifica
pentru frecvente mari,impedanta interfeteinu modifica raspunsul electric
rugozitatea suprafetei?
24
Impedanta