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阻抗精度圖ACP詳解

點擊次數：5649 更新時間：2017-02-24

電化學阻抗譜是一個強大的分析工具，阻抗測試技術在各研究領域的使用越來越普遍，然而，

阻抗測試結果準確性如何？

手里的儀器能測多低或多高的阻抗？

都能在什么頻率范圍內測量？

儀器的阻抗精度圖（ACP）可以回答您上述的問題，Gamry電化學儀器以準確測量EIS著稱，每臺電化學工作站都有其準確的阻抗精度圖（ACP）。 ACP闡述了在給定阻抗和頻率條件下的阻抗測量精度，同時，給出了獲得這些精度數值的實驗條件，包括施加交流擾動信號的幅度，以及儀器導線長度。

Gamry阻抗精度圖的實驗條件（≤10 mV rms交流擾動振幅）是與實際研究體系通常所用條件相一致的，請注意： 脫離實驗條件，談論阻抗精度的高低是沒有意義的！

為什么要制作阻抗精度圖?

兩個主要原因：

了解在典型條件下EIS測量儀器的精度范圍和限制因素。

了解施加交流擾動信號幅度和儀器導線長度和對阻抗精度的影響

制作ACP時，首先對開路和短路條件下進行阻抗測量。開路測量描述是指施加擾動振幅下整個電化學系統和儀器導線的電容測量低極限。超出測量極限的阻抗數據，不管數據多么漂亮，都應該被拋棄。原因是測量的結果來自測量的電子系統與線路，不是樣品。好的絕緣涂層EIS結果可以作為一個實例來解釋這個現象。

為了保持線性響應，恒電壓EIS測量的施加信號幅度通常在10mV rms或更小。為了使EIS結果有效，阻抗測量系統應當具備線性，穩定性和因果性。線性，穩定性和因果性可以使用Gamry內置的Kramers-Kronig函數進行評估。恒電流實驗有點不同，只要電壓響應保持線性，即施加電流振幅足夠大，即滿足Kramers-Kronig評估。

Interface 1000電化學工作站的阻抗精度圖

ACPs僅在限制條件下有效。例如，如下圖所示的Interface1000的ACP，從3 GΩ到小于1mΩ的阻抗可以保證高于99％的測量精度。較低的阻抗極限適合于能量存儲和轉換裝置，而較高的阻抗極限適合耐腐蝕材料和良好涂覆的樣品。對于良好涂覆的樣品，電容極限也是有幫助的。使用更長的儀器導線，由于添加R和C而導致帶寬降低。

Interface 1000 Accuracy Controur Plot

圖1. Interface1000的阻抗精度圖，采用60cm儀器導線, 施加信號幅值≤10 mV

1. 較大的交流擾動振幅可能使EIS的線性無效，或者破壞樣品

改變施加信號幅度也對ACP有影響。幅度的增加提高了信噪比，電容極限更高了，如圖2所示。使用1、10、100和707 mV rms的信號幅度進行四個開路阻抗測量。使用60cm電池電纜。雖較大振幅的測量效果會更好，但實際上，較大的振幅可能使EIS的線性無效，或者對樣品造成破壞。

OLD diff amplitudes2

圖1. Interface1000的阻抗精度圖，采用60cm儀器導線, 施加信號幅值≤10 mV

1. 較大的交流擾動振幅可能使EIS的線性無效，或者破壞樣品

圖2. 使用具有不同施加信號幅度的60 cm電極導線的阻抗測量結果。藍色鉆石 - 1 mV rms; 紅色方塊 - 10 mV rms; 綠點 - 100 mV rms; 紫色三角形 - 707 mV rms。

圖3給出了典型的動電位電化學掃描曲線。響應在開路電位附近是線性的，但遠離開路會產生非線性響應。

Potentiodynamic 430SS

圖3. 不銹鋼430 SS在1M硫酸中的動電位電化學掃描曲線。掃描速度為0.167mV / s。

一般說來，EIS實驗中，需要使用小幅度的施加信號，例如10 mV。從圖2所示的ACP可以看出，當使用較大的施加信號時，電容極限增加，但有損壞樣品的風險。

Gamry儀器的標準導線長度是60厘米，但也有1.5，3和10米的。由于開路測量是確定儀器測量電容的極限，因此還測量了3米和10米長的開路阻抗。對沒有電極導線的儀器開路也進行了阻抗測量，如圖4所示。大施加頻率隨著儀器導線長度的增加而降低。隨著儀器導線長度增加，ACP的電容區域略微減小。沒有導線的儀器阻抗線位于中間。還要注意，由于導線的R增加，大阻抗極限由于電纜長度的增加而減小。