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技术文章 |
标准集团(香港)有限公司解读电化学工作站原理
作者:[db:作者] 来源: 阅读:  时间:2024-03-05 00:00 字体:[  复制 
  

标准集团(香港)有限公司创立于2003年,总部在中国香港,研发生产销售纺织类、汽车内外饰类、皮革鞋材类、口罩防护服类等材料测试仪器,在上海设有分公司上海泛标纺织品检测技术有限公司,全面负责中国大陆地区的销售和售后服务,上海千实精密机电科技有限公司是其生产厂家,负责测试仪器的加工生产。

  

公司起步于纺织领域的开发,秉持专业、真诚、热情、高效的服务理念,全面贴近客户需求,获得客户高度认可。一直以来,我们始终坚持提供适用产品,依赖专业高效的服务团队,整合技术和资源优势,为客户解决科研生产中遇到问题提供支持,从而带动国内科研及相关行业水平的提高。通过个性化的售前产品咨询,高效率的售后安装、维护和维修,标准集团正越来越多赢得市场和客户的信赖。

  

工厂使命:

  

上海千实致力于创新高质量的测试仪器,我们的任务是藉由团队的合作、细腻的创新、实际的效能与好的服务,将完整的实验室解决方案交给我们的客户及经销伙伴。

  

公司价值观:

  

1.客户至上

  

上海千实在乎您的需求,获得您的信赖是我们永远的目标。专注于实现每个客户的需求,无论是客户定制产品、技术支持或其他相关服务,我们都全心全意完成您的期盼。

  

2.创新思想

  

上海千实坚持运用实验室技术,并累积每个使用者及员工的实际经验,不断突破创新,为所有顾客创造好的测试设备产品。

  

3.技术水平

  

上海千实拥有好的研发团队、产品管理专家以及杰出的服务人员,我们结合了各项实验经验与多方客户反馈,确保千实提供给您质量的产品及服务。

  

4.人性化仪器

  

上海千实提供操作简单、便利的测试仪器,拥有符合用户体验性的贴心设计,如触控面板及小型按键板,让客户方便、轻松的使用与操作。

  

5.质量政策

  

上海千实力图满足顾客所期望的标准,达到更高的境界,我们承诺会藉由各项研究及开发不断提升我们的服务质量,同时也接受每个迎面而来的挑战。

  电化学工作站是一种控制工作电极和参比电极之间电位差的电子仪器。其中,工作电极和参比电极都是电化学电解池里的组成部分。电化学工作站通过向辅助电极或对电极中注入电流来控制工作电极和参比电极两者间的电位差。

  在几乎所有的应用中,电化学工作站测量的都是流经工作电极和对电极之间的电流。电化学工作站中的控制变量是电位,测量变量是电流。

  先决条件

  该操作说明书是建立在您对一些电子类术语如电位,电流,电阻,频率和电容等有一定了解的基础上写的。如果您在这方面的知识储备有所欠缺,我们建议您先浏览一下其他的基础书籍,例如电子学或物理学书。

  电极

  电化学工作站的使用一般配套三电极的电化学电解池装置。

  工作电极

  工作电极是电压受控恒定、电流可测量的一类电极。在很多的物理电化学实验中,工作电极通常采用惰性材料,比如金,铂或者玻碳。在这些例子中,工作电极仅作为表面为电化学反应的发生提供场所。

  在腐蚀测试中,工作电极是要腐蚀的金属材料。一般来说,工作电极不是真正我们要学习的金属结构本身。而是采用一个小的样品来代表整体结构。这类似于使用失重试片进行测试。工作电极可以是纯金属或者包覆后的金属。

  对于电池,电化学工作站直接连接到电池的负极或正极。

  参比电极

  参比电极是用于辅助测定工作电极电位的一种电极。参比电极应该具有已知且稳定的电化学电势。

  实验室常用的参比电极是饱和甘汞电极(SCE)和银/氯化银电极。在野外,常会用准参考电极(工作电极所用材料)。

  对(辅助)电极

  对(辅助)电极是一个导体,用以完善电解池电流回路。

  实验室用的对电极通常采用惰性材料如铂或石墨烯。在野外,人们也常用工作电极所用材料。 电流自工作电极流入溶液,从对电极流出。

  所有电极浸浴在电解液(导电溶液)中。电极,溶液和盛装溶液的电解池组合总成称作电化学电解池。

  内部电路由四个部分组成,以下作详细的介绍。即便你对电学不熟悉,也可以从下面的信息中了解一二。

  放大器上的×1表示这是一个单位增益差分放大器。电路的输出电压即为两个输入信号的差值。

  两个标有Voltage和Current×Rm的图标表示的是电压和电流信号,该信号将传送至系统用于数字化的模数转换器。

  静电计

  静电计电路测量的是参比电极和工作电极间的电位差。其输出信号有两个主要的功能:一个是可以作为电化学工作电路中的反馈信号;一个是可以用于计算测量电解池的电压。

  理想的静电计具有零输入电流和无限大的阻抗。流经参比电极的电流会改变它的电势。在实际应用中,所有静电计的输入电流几乎无限接近零,因此上述的现象通常可以忽略。

  静电计有两个重要参数:带宽和输入阻抗。带宽表征的是当静电计被一个低阻抗源驱动时,其可测得的AC频率。静电计的带宽必须高于电化学工作站中其他电子组成部分的带宽。

  静电计输入电容和参比电极电阻共同组成RC滤波器。如果滤波器的时间常数太大,它会限制静电计的有效带宽,还会引起系统的不稳定性。小的输入电容可以获得更稳定的操作,同时增加仪器对高阻抗参比电极的耐受性。

  I/E转换器

  简化示意图中的电流电压(I/E)转换器测量的是电解池电流。它迫使电解池电流流经一个电流测试电阻Rm。通过Rm 上的电压降计算出电解池的电流。

  在一些实验中,电解池电流变化不大。在其他的一些实验,如腐蚀实验中,电流经常能变化到七个数量级以上。在这种情况下,你将不能够仅通过使用一个单独的电阻去测量如此大范围的电流。我们可以将许多不同的Rm电阻自动组合接入I/E电路。这样可以测量各种不同大小的电流,每次测量可以依据电流大小选定合适的电阻。I/E自动变换量程程序常用来选择合适的电阻值。

  I/E转换器的带宽强烈地依赖于它的敏感度。测量小电流需要大的Rm电阻。I/E转换器中的离弦电容形成一个带Rm的RC滤波器,限制了I/E的带宽。没有电化学工作站能够准确测量100kHz下的10nA电流,因为这个电流范围的带宽太低了以至于无法测定100kHz的频率。这个效应在EIS测量中非常非常重要!

  调整放大器

  调整放大器是一个伺服放大器。它可以将实际测得的电解池电压与预期电压相类比,并向电解池中灌输电流迫使两者相同。

  需要注意的是,实际测得的电压被输入调整放大器的负输入端。测量电压中的正扰动将导出一个负的调整放大器输出信号。这个负的输出信号将抵消原来的扰动。这种控制线路被称为负反馈。

  在正常情况下,电解池电压会被控制成与信号源电压相同。

  调整放大器的输出都有一个极限值。以Gamry公司的Reference3000为例,它的调整放大器输出不会超过32V或3A。

  信号

  信号电路是一个电脑控制的电压源。它通常是数模转换器的输出信号,其中数模转换器将电脑生成的数值转换成电压。

  合理地选择编号顺序可以使电脑产生恒压,电压斜升,甚至数字电路输出信号中的正弦波。

  当数模转换器用于生成一个波形例如一个正弦波或者一个斜升时,波形是一个等效模拟波形的数值近似,其中含有小的电压阶跃。这些电压阶跃的大小受数模转换器的分辨率的限制,比率本身将更新成新的数字。

  恒电流仪和零电阻电流计

  Gamry的电化学工作站还可作为恒电流仪和零电阻电流计使用。当你把反馈从电压信号模式切换到电解池电流信号时,简化示意图中的电化学工作站就变成了恒电流仪。这时,仪器控制的是电解池电流而非电解池电压。静电计输出信号还可以用来测量电解池电压。

  零电阻电流计允许你在两电极间施加零伏电位差。电极间的电流可以测得。零电阻电流计常被用来测量恒流腐蚀现象和电化学噪音。

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