交流阻抗譜

交流阻抗譜(也稱頻響分析法，Frequency Response Analysis)是研究地球物質電學性質的一種方法。經過幾十年的發展，交流阻抗譜已經在材料研究、表面處理、器件研究、生命科學和地球科學的研究中得到不同程度的套用。

基本介紹

• 中文名：交流阻抗譜
• 外文名：frequencyresponseanalysis
• 也稱：頻響分析法
• 套用領域：材料研究、表面處理等
• 首次套用國家：Arizon州立大學
• 首次套用者：Tyburczy 和Roberts

發展

交流阻抗譜在地球科學中的套用相對較晚,直到20世紀80年代,該方法才被套用於水飽和地殼岩的研究中,而將該方法套用於乾燥地幔岩電性研究的是Arizon州立大學的Tyburczy 和Roberts,他們在一個大氣壓下研究了橄欖石單晶樣品、橄欖石多晶樣品以及天然純橄欖岩的電導率,並且分析了不同阻抗弧形成的原因。

此後,Huebner和Dillenburg等人在1～2GPa下用交流阻抗譜研究了單斜輝石電學性質,結果

發現,隨壓力的升高顆粒邊界電阻在顯著的降低。Xu等利用交流阻抗譜在超過15GPa條件下對橄欖石高壓相的電導率進行了研究。

在國內,該方法已經在地球深部物質的電性研究中有了一定程度的套用,也取得了一些成果。

原理

交流阻抗譜方法是一種以小振幅的正弦波電位為擾動信號的電測量方法。由於以小振幅的電信號對體系進行擾動,一方面可避免對體系產生大的影響,另一方面也使得擾動與體系的回響之間近似呈線形關係,這就使得測量結果的數學處理變得簡單。

同時它又是一種頻率域的測量方法,通過在很寬的頻率範圍內測量阻抗來研究電極系統,因而得到比其他常規的電化學方法更多的動力學信息及電極界面結構的信息。

如果對系統施加一個正弦波電信號作為擾動信號,則相應地系統產生一個與擾動信號相同頻率的回響信號。

如果對體系施加如式(1)的正弦信號,則體系產生如式(2)的回響信號

由不同的頻率的回響信號與擾動信號之間的比值,可以得到不同頻率下阻抗的模值與相位角,並且通過式(4)和式(5)可以進一步得到實部與虛部。通常人們通過研究實部和虛部構成復阻抗平面圖及頻率與模的關係圖和頻率與相角的關係圖(二者合稱為Bode圖)來獲得研究體系內部的有用信息。