材料电化学的测量方法

1、材料电化学指导老师：赵明指导老师：赵明 作品讲解：李佳潼作品讲解：李佳潼Part理论介绍第一章one 电化学测量方法有哪些？电化学测量方法有哪些？第一类：电化学第一类：电化学热力学热力学性质的测量方法性质的测量方法11。第二类：单纯依靠电极第二类：单纯依靠电极电势电势、极化、极化电流电流的控的控 制和测量进行动力学性质的测量制和测量进行动力学性质的测量22。第三类：在电极电势、极化电流的控制和测第三类：在电极电势、极化电流的控制和测 量的同时引入量的同时引入光谱波谱光谱波谱技术、扫技术、扫 描探针显微技术的体系电化学性描探针显微技术的体系电化学性 质测量方法质测量方法33。1.锂离子电池的热电

2、化学研究及其电极材料的计算与模拟_宋刘斌2.埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究_黄腾飞3.在光波_超声波作用下对奥氏体和铁素体不锈钢钝化膜电化学性能的研究_高磊 2.2.埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究究_ _黄腾飞黄腾飞 通过电化学测量技术对土壤的腐蚀性进行了评价,并研究了16Mn钢在土壤中的阴极极化行为。1.1.锂离子电池的热电化学研究及其电极材料的计锂离子电池的热电化学研究及其电极材料的计算与模拟算与模拟_ _宋刘斌宋刘斌采用电化学-量热联用技术系统地研究以LiFeP04和LiMn204为正极材料的锂离子电池在不同温度和倍率下充放

3、电过程中的热电化学行为。3.3.在光波、超声波作用下对奥氏体和铁素体不锈钢在光波、超声波作用下对奥氏体和铁素体不锈钢钝化膜电化学性能的研究钝化膜电化学性能的研究. .高磊高磊 本论文以腐蚀电化学原理及半导体理论为基础，主要使用动电位极化曲线、交流阻抗谱(EIS)和电容电位法(Mott-Schottky)等电化学研究方法，对SUS304 奥氏体不锈钢与 SUS430 铁素体不锈钢钝化膜在超声波与光照条件下的腐蚀性能与半导体性质进行了研究，最后还考察了温度对这两种不锈钢钝化膜性能的影响。几种测量金属腐蚀的方法4阳极电位法对锈蚀作定性判断线性极化法快速测量锈蚀速度交流阻抗法反应动力学的有关信息,包括

4、反应阻抗、双电层电容和扩散过程特征等4.张云莲.张震雷.混凝土中钢筋锈蚀电化学测量方法的介绍.浙江大学：材料保护.2005.9a.混凝土中钢筋的线性极化曲线线性极化曲线示意图 b.钢筋的交流阻抗交流阻抗测试示意图要控制哪些参数呢？要控制哪些参数呢？电极电势的测量和控制电势电流的测量和控制电流什么是什么是稳态？稳态？稳态不等于平衡态，平衡态只是稳态的一个特例，稳态时电极反应仍以一定的速度进行，只不过是各变量(电流、电压)不随时间变化而已，而电极体系处于平衡态时，净反应速度为零。绝对不变的电极状态是不存在的，所以绝对不变的稳态是不存在的。稳态和暂态是相对的。 稳态的测量方法有？稳态的测量方法有？恒

5、电势稳态恒电势稳态测量测量恒电流稳态恒电流稳态测量测量恒电势稳态测量恒电势稳态测量：在恒电位仪的保证下，控制研究电极的电位按照一定的规律变化，不受电极系统阻抗关系的影响，同时测量相应电流的方法。 恒电流稳态测量恒电流稳态测量：在恒电流电路或恒电流仪的保证下，控制通过研究电极的极化电流按照一定的规律变化，不受电解池阻抗变化的影响，同时测量每个外测电流密度下的电位稳定值方法。（不随t变化）小小 结结恒电流法和恒电位法的选择根据具体情况而定，对于单调函数恒电流法和恒电位法的选择根据具体情况而定，对于单调函数的极化曲线，即一个电流密度对应一个电位，或一个电位只对的极化曲线，即一个电流密度对应一个电位，

6、或一个电位只对应一个电流密度的情况，两种方法得到同样的稳态极化曲线。应一个电流密度的情况，两种方法得到同样的稳态极化曲线。对于极化曲线中有电流极大值时，只能采用恒电位法。反之，对于极化曲线中有电流极大值时，只能采用恒电位法。反之，只能采用恒电流法。只能采用恒电流法。说个例子吧？例如：测定具有阳极钝化行为的阳极极化曲线，由于其具有S形，对应一个电流有几个电位值，采用恒电流方法，只能测得正程ABEF，返程FEDA，不能测得真实完整的极化曲线，需要采用恒电势方法。 反之，如果极化曲线有电势极大值，只能选择恒电流方法。实质：就是选择自变量，使得在每一个自变量下，只有一个函数值。什么是暂态什么是暂态？暂

7、态是相对于稳态而言的。当极化条件改变是时，电极会从一个稳态像另一个稳态转变，期间要经历一个不稳定的、变化的过渡阶段，这一阶段称为暂态。暂态过程的特点：暂态过程具有暂态电流，既双电层充电电流ic。暂态过程中，极化电流包括两部分，一部分用于双电层充电，称为双电层充电电流；另一部分用于进行电化学反应，称为法拉第电流。当扩散传质过程处于暂态时，电极溶液界面附近的扩散层内反应物和产物粒子的浓度不仅是空间位置的函数，而且是时间的函数。暂态测量的方式暂态测量的方式按控制方式分： 控制电流法 控制电位法按极化波形分： 阶跃法 方波法 线性扫描法 交流阻抗法1. 1.电流阶跃法电流阶跃法 2. 2.断电流法断电

8、流法3. 3.方波电流法方波电流法 4. 4.双脉冲电流双脉冲电流法法对称方波：t1=t2，i1=i2一般要求i1i2，t1很小（0.51s），该方法可以提K=10cm/sM=Kit暂态测量可以应用在？暂态测量可以应用在？1、研究电极表面的覆盖度2、反应物来源的判断3、研究氢在Pt电极上的析出机理Part参文分析第二章two海水中锈层覆盖碳钢的腐蚀电化学行为海水中锈层覆盖碳钢的腐蚀电化学行为研究研究 邹研邹研.中国海洋大学中国海洋大学.2010.6本文采用失重法和多种电化学方法(包括极化曲线、线性极化法、电化学阻抗技术和恒电位阶跃法)研究了碳钢在静态海水和动态海水中的长期腐蚀规律。 海洋腐蚀检

9、测中应用的电化学测量海洋腐蚀检测中应用的电化学测量电化学测定腐蚀速度的方法可以分为电化学测定腐蚀速度的方法可以分为稳态测量、暂态测量稳态测量、暂态测量和和电化学阻电化学阻抗法抗法等。等。常用的稳态测量方法有常用的稳态测量方法有线性极化电阻法线性极化电阻法, ,弱极化法弱极化法和和强极化法强极化法。常用的暂态测试方法有暂态常用的暂态测试方法有暂态线性极化技术线性极化技术、恒电流阶跃法恒电流阶跃法、恒电位阶恒电位阶跃法、恒电量法跃法、恒电量法等。等。腐蚀行为测定的电化学方法腐蚀行为测定的电化学方法 (1) (1)电化学阻抗测试电化学阻抗测试 (2) (2)恒电位阶跃测试恒电位阶跃测试 (3) (3

10、)线性极化测试线性极化测试 (4) (4)极化曲线测试极化曲线测试Fig1.碳钢在静态海水中不同浸泡周期碳钢的极化曲线 随着浸泡时间的增加随着浸泡时间的增加, ,自腐蚀电位逐渐正移自腐蚀电位逐渐正移,4 ,4周以后自腐蚀电位开始变化周以后自腐蚀电位开始变化比较缓慢并逐渐稳定比较缓慢并逐渐稳定 阳极反应速度和斜率基本不变表明锈层对阳极过程的阳极反应速度和斜率基本不变表明锈层对阳极过程的影响不大影响不大, ,锈层下阳极过程仍然是铁溶解反应锈层下阳极过程仍然是铁溶解反应 但是但是, ,锈层对阴极过程有较大影锈层对阴极过程有较大影响响 相比之下相比之下,8 ,8周前的阴极行为变化很小周前的阴极行为变化

11、很小, ,从从8 8周开始阴极极限电流平台和阴极周开始阴极极限电流平台和阴极反应速度逐渐增加反应速度逐渐增加,Tafel,Tafel斜率逐渐减小斜率逐渐减小 。（塔菲尔斜率表示电化学反应容易。（塔菲尔斜率表示电化学反应容易程度，斜率越小表示越容易发生）程度，斜率越小表示越容易发生） 随着浸泡时间的增加随着浸泡时间的增加, ,阴极和阳极的阴极和阳极的TafelTafel斜率基本上变化不大斜率基本上变化不大, ,表明阴表明阴极和阳极的反应机理随着时间的增加没有发生变化极和阳极的反应机理随着时间的增加没有发生变化, ,但是阴极电流却是逐但是阴极电流却是逐渐增大的渐增大的, ,阴极反应速度逐渐增加阴极

12、反应速度逐渐增加, ,腐蚀电流密度随之增大腐蚀电流密度随之增大 而在静态海水而在静态海水中中, ,阴极阴极TafelTafel斜率一直发生变化斜率一直发生变化, ,这是两者的不同之处这是两者的不同之处 。Fig2.在动态海水中不同浸泡周期碳钢的极化曲线结结 论论（1 1）短期浸泡）短期浸泡, ,失重法与电化学方法计算的碳钢的腐蚀规律变化趋势一失重法与电化学方法计算的碳钢的腐蚀规律变化趋势一致致, ,腐蚀速度逐渐减小并且数值相近腐蚀速度逐渐减小并且数值相近, ,这个阶段电化学方法测定的腐蚀速度这个阶段电化学方法测定的腐蚀速度是可靠的是可靠的 。（2 2）长期浸泡两种方法开始出现分歧）长期浸泡两种方法开始出现分歧, ,失重法计算的腐蚀速度仍然减小失重法计算的腐蚀速度仍然减小, ,电化学方法计算的腐蚀速度开始逐渐增大电化学方法计算的腐蚀速度开始逐渐增大 锈层越厚锈层越厚, ,偏差越大偏差越大 此时用电此时用电化学方法测定的较厚锈层碳钢的腐蚀速度数据是不可靠的化学方法测定的较厚锈层碳钢的腐蚀速度数据是不可靠的 时间越长时间越长, ,测测定结果越不可靠定结果越不可靠 。（3 3）在研究碳钢的短期腐蚀行为时）在研究碳钢的短期腐蚀行为时, ,在各种电化学方法中在各种电化学方法中, ,线性极化法和线性极化法和电化学阻