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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 腐蚀防护 » 关于碳钢腐蚀EIS等效电路中电容元件的意义交流
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falconet122

银虫 (初入文坛)

[求助] 关于碳钢腐蚀EIS等效电路中电容元件的意义交流 已有1人参与

本人目前研究的方向是碳钢在土壤中的腐蚀机理，分析其EIS时遇到这样一个问题，望与同行讨论交流：
     曾拜读过曹楚南的《电化学阻抗谱导论》，了解到对于一个电极过程，对电极系统进行电位扰动时，输出的电流分为法拉第电流和非法拉第电流。示意图见图1，其中的R代表介质电阻，Cdl代表双电层电容的充放电过程（非法拉第过程），下面的Z代表活化过程的阻抗（法拉第过程）。（详见《电化学阻抗谱导论》第三章 电极过程的表面过程法拉第导纳）
     对于图2这样的双容抗弧EIS，我选择图3的等效电路R(Q(R(QR)))分析（由于弥散效应的存在，以Q代替C，即图中的CPE），按照曹楚南所讲的原理，第一个Q应该对应双电层电容，第二个Q应该对应其他电容（比如腐蚀产物膜的电容）。
    但我在看文献时发现，大多学者都将第一个Q归结为腐蚀产物的电容，而将第二个Q作为双电层电容分析，这与《电化学阻抗谱导论》中讲的正好相反，便不知该如何处理，还请大神们指正。
   万分感谢！

关于碳钢腐蚀EIS等效电路中电容元件的意义交流
图1.png


关于碳钢腐蚀EIS等效电路中电容元件的意义交流-1
图2.png


关于碳钢腐蚀EIS等效电路中电容元件的意义交流-2
图3.png
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1楼 2015-01-23 17:05:45
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binbinitaly

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by falconet122 at 2015-01-23 17:35:06
感谢回复！
您说的耦合我不是太理解，可否解释一下，这种情况下电极表面的状况是什么样子的？腐蚀产物完全覆盖了金属表面吗？
谢谢！
“其中Rs表示介质电阻,R1表示电极表面腐蚀产物和土粒组成的结合层的电阻,Rt ...

耦合是我自己的一种说法，因为所有的EIS都应该包括双电层电容的，并且应该是和整个法拉第过程对应的等效电路是并联的，因此，就可以理解为你图中的CPE1和Cdl是并联的，两个并联的电容可以合为一个电容，这只是我个人的理解。至于每个元件的物理意义我就不知道土壤腐蚀中是什么情况了，不知LZ所说的很多文献是指什么？我觉着如果是corrosion science里的文章可信度比较高
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既然选择了远方，便只顾风雨兼程！时间是检验一切的唯一标准！
4楼2015-01-26 10:08:24
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binbinitaly

铁杆木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
falconet122: 金币+6, ★有帮助 2015-01-26 09:39:40
我个人赞同LZ的说法，双电层电容是非法拉第过程，如果采用第二个Q表示的话物理意义是不成立的，我见过的这种等效电路一般的解释是Q1为外层膜电容，Q2为内层膜，双电层电容被耦合到了Q1中（这是钛金属很常见的解释，不知道钢在土壤中是否适用）。另外，LZ确定文献里用的等效电路不是R(QR)(QR)？个人意见，仅供参考
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既然选择了远方，便只顾风雨兼程！时间是检验一切的唯一标准！
2楼2015-01-23 17:19:01
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falconet122

银虫 (初入文坛)
引用回帖:
2楼: Originally posted by binbinitaly at 2015-01-23 17:19:01
我个人赞同LZ的说法，双电层电容是非法拉第过程，如果采用第二个Q表示的话物理意义是不成立的，我见过的这种等效电路一般的解释是Q1为外层膜电容，Q2为内层膜，双电层电容被耦合到了Q1中（这是钛金属很常见的解释， ...

感谢回复！
您说的耦合我不是太理解，可否解释一下，这种情况下电极表面的状况是什么样子的？腐蚀产物完全覆盖了金属表面吗？
谢谢！
“其中Rs表示介质电阻,R1表示电极表面腐蚀产物和土粒组成的结合层的电阻,Rt表示电荷转移电阻 ,CPE1表示腐蚀产物结合层电容,CPE2表示双电层
电容。由于土壤腐蚀的EIS弥散效应很强,本工作中均用常相位角元件 CPE代替电容元件。”
以上是我所看到的其中一篇文献的说法，用的的确是R(Q(R(QR)))的等效电路，其中CPE1和CPE2可对应图3。
很多文献都是如此说法，让我很是混乱，我也偏向于相信曹楚南的理论。
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3楼2015-01-23 17:35:06
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binbinitaly

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by falconet122 at 2015-01-23 17:35:06
感谢回复！
您说的耦合我不是太理解，可否解释一下，这种情况下电极表面的状况是什么样子的？腐蚀产物完全覆盖了金属表面吗？
谢谢！
“其中Rs表示介质电阻,R1表示电极表面腐蚀产物和土粒组成的结合层的电阻,Rt ...

今天看文献的时候就在琢磨这个问题，我发现对于有机涂层体系也是CPE2代表双电层电容，后来想了想我觉着可能是这么回事：这种等效电路适用于金属表面有膜层（腐蚀产物膜或者有机涂层等等）覆盖的情况，而腐蚀反应发生在膜与金属之间的界面上，因此，双电层和电荷转移电阻对应的电路是与膜层电阻串联的。这只是我个人理解，多多交流
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既然选择了远方，便只顾风雨兼程！时间是检验一切的唯一标准！
5楼2015-01-26 14:18:07
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