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交流阻抗谱

研究地球物质电学性质的方法

交流阻抗谱(也称频响分析法，Frequency Response Analysis)是研究地球物质电学性质的一种方法。经过几十年的发展，交流阻抗谱已经在材料研究、表面处理、器件研究、生命科学和地球科学的研究中得到不同程度的应用。

发展
交流阻抗谱在地球科学中的应用相对较晚,直到20世纪80年代,该方法才被应用于水饱和地壳岩的研究中,而将该方法应用于干燥地幔岩电性研究的是Arizon州立大学的Tyburczy 和Roberts,他们在一个大气压下研究了橄榄石单晶样品、橄榄石多晶样品以及天然纯橄榄岩的电导率,并且分析了不同阻抗弧形成的原因。
此后,Huebner和Dillenburg等人在1～2GPa下用交流阻抗谱研究了单斜辉石电学性质,结果
发现,随压力的升高颗粒边界电阻在显著的降低。Xu等利用交流阻抗谱在超过15GPa条件下对橄榄石高压相的电导率进行了研究。
在国内,该方法已经在地球深部物质的电性研究中有了一定程度的应用,也取得了一些成果。
原理
交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电测量方法。由于以小振幅的电信号对体系进行扰动,一方面可避免对体系产生大的影响,另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线形关系,这就使得测量结果的数学处理变得简单。
同时它又是一种频率域的测量方法,通过在很宽的频率范围内测量阻抗来研究电极系统,因而得到比其他常规的电化学方法更多的动力学信息及电极界面结构的信息。
如果对系统施加一个正弦波电信号作为扰动信号,则相应地系统产生一个与扰动信号相同频率的响应信号。
如果对体系施加如式(1)的正弦信号,则体系产生如式(2)的响应信号
由不同的频率的响应信号与扰动信号之间的比值,可以得到不同频率下阻抗的模值与相位角,并且通过式(4)和式(5)可以进一步得到实部与虚部。通常人们通过研究实部和虚部构成复阻抗平面图及频率与模的关系图和频率与相角的关系图(二者合称为Bode图)来获得研究体系内部的有用信息。
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