碳酸氢钠饱和盐渍砂土的电化学特性试验研究

为分析碳酸氢钠含量对饱和盐渍砂土的电化学特性影响,通过配置4组不同浓度的碳酸氢钠溶液与标准砂混合形成碳酸氢钠饱和盐渍砂土;运用三电极体系下电化学阻抗谱法研究了不同含量的碳酸氢钠饱和盐渍砂土的电化学特性。研究结果表明:不同含量碳酸氢钠饱和盐渍砂土的Bode图中的阻抗模值随着碳酸氢钠含量的增加和频率的增加都呈现减小的趋势;Nyquist图主要包括高频区的圆弧、中频区的直线段及低频区的圆弧;且等效电路含有两个时间常数。碳酸氢钠饱和盐渍砂土的等效电路由电极与溶液界面的电荷转移电阻、扩散电阻、常相位角元件、砂粒固液界面电阻、砂粒固液界面电容以及溶液电阻六部分组成。碳酸氢钠含量的增加使得孔隙液中的离子浓度增加、扩散层内的离子向砂粒表面的转移能力增强、土水离子交换更频繁,导致溶液电阻和砂粒固液界面电阻随着含量的增大而减小;砂粒固液界面电容、常相位角元件的电容随着碳酸氢钠浓度的增大而增大。     

氯化钠盐渍砂土电化学特性的试验研究

为分析盐含量对氯化钠盐渍砂土电化学特性的影响,通过配置4组不同浓度的氯化钠溶液与标准砂混合形成氯化钠盐渍砂土。采用CS350电化学工作站获取氯化钠盐渍砂土的电化学阻抗谱图,运用Zview、ZsimDemo进行拟合其等效电路,研究各个参数的变化规律及探讨其机理分析。结果表明:不同盐含量对氯化钠盐渍砂土的Nyquist图均影响较小,均表现为高频区的平扁容抗弧半圆和低频区的近45°斜线的图谱特征;且随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加,容抗弧和扩散半径都呈减小的趋势。Bode图中阻抗模值随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加和频率的增大都表现为减小的趋势。通过计算、分析和模拟其等效电路,得到盐渍砂土的等效电路元件主要包括:溶液电阻、砂土多孔层电容和电阻、固液界面形成的双电层电容和法拉第阻抗。由于氯化钠含量增大,盐渍砂土的孔隙溶液离子浓度上升,可自由移动的正负离子增多,致使体系中的电荷分离以及电荷转移等过程更加容易,促使体系反应速度加快,表现出溶液电阻、多孔层电阻和电荷转移电阻均呈减小趋势,导电能力增强,多孔层电容和双电层电容均呈增加趋势,储存电荷能力增强。     

镉污染粉土电化学特性试验研究

基于电化学测试技术,将电化学阻抗谱(EIS)理论与测试技术应用于镉污染粉土内部结构和电化学特性的研究。通过试验得出镉污染粉土的Nyquist图表现为一个时间常数的容抗弧,Bode图中阻抗模值受污染介质含量和频率的影响;模拟分析得到镉污染粉土的等效电路模型,主要包括溶液电阻、固液界面电阻和固体颗粒表面双电层电容三个主要电学元件;通过拟合等效电路参数值后得出:溶液电阻随着污染介质含量的增大呈对数减小,固液界面电阻随着污染介质含量的增大呈线性减小;固体颗粒表面双电层电容随着污染介质含量的增大呈指数增大。     

硝酸镉污染高岭土电化学特性试验研究

通过对不同含量硝酸镉的高岭土进行电化学阻抗谱进行测试,结合其Nyquist和Bode图谱模拟出相应的等效电路参数。分析结果表明,在污染6 h时,随着硝酸镉浓度增加,高岭土Nyquist图中呈现出由准Randle向非Randle变化,溶液电阻减小、常相位角元件电容增大、以及扩散阻抗逐渐减小至消失;在污染24 h时,高岭土Nyquist图中呈现出两个时间参数,电化学参数溶液电阻、常相位角元件、固液界面电阻、扩散阻抗均有所改变;随着时间的推移,高岭土与孔隙溶液硝酸镉电离出的Cd2+产生较强的电化学作用,高岭土体系密实度增大吸附性增强。     

Na/Al对赤泥-煤系偏高岭土地聚合物电化学响应的影响

本文对养护28d龄期不同Na/Al条件下的赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的单轴抗压强度和电化学阻抗响应进行了系列测试和分析。根据地聚合物中离子扩散的特点,建立了基本等效电路模型,利用ZSimDemo3.30d软件拟合与解析等效电路,分析各电路元件参数与Na/Al的关系。结果表明,赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的抗压强度随着Na/Al的增大呈先增大后减小的趋势。电化学阻抗谱测试结果显示,Nyquist图均呈现高频区扁平容抗弧和低频区不明显的扩散曲线;等效电路模型为R(Q(RW)),且随着Na/Al的增大,地聚合物体系的总电阻和硅铝酸盐凝胶中的双电层电容均呈先增大后减小的趋势,而电荷转移电阻随着Na/Al的增大呈减小趋势。本研究运用电化学阻抗谱技术对地聚合物的电化学阻抗特征进行分析,揭示了赤泥-煤系偏高岭土地聚合物抗压强度随Na/Al的变化规律,同时也证明了电化学阻抗谱技术运用于地聚合物强度测试的可行性,为地聚合物无损检测技术提供新思路、新手段。     

接触电阻对电化学阻抗影响的试验研究

在电化学阻抗测试中,电极作为传递信号的载体,电极与材料的接触程度,也即之间存在的接触电阻的大小,直接影响到了电化学阻抗及其阻抗谱所拟合等效电路参数的结果。通过对粉土、灰土分别在不同电极间压力和不同电极面积的正交试验下,所测得的阻抗|Z|和接触电阻R_0,来探求R_0与|Z|及其等效电路参数的关系。研究表明:电化学阻抗谱呈现非Randles模型的材料,可以提出类似于材料电阻率ρ_m的材料阻抗率ρ来表征材料的特性;同时ρ可以用其相对应的R_0与参数α的乘积表示。α随着电极间压力的增大而缓慢增大,随着电极面积的增大而急剧增大,随着材料压缩模量E_s的增大而减小;随着电极间压力的增大,其ρ、R_0、|Z|以及等效电路参数溶液电阻R_s、电荷转移电阻R_t在不断减小,而其双电层电容C_d在不断增大;随着电极面积的增大,其R_0、C_d在不断减小,而其ρ、|Z|、R_s和R_t在不断增大;随着材料E_s、ρ_m的增大,其ρ、R_0、R_s和R_t在不断增大,而其C_d不断减小。     

多孔能源材料在有限扩散条件下的Warburg阻抗谱仿真研究

运用Warburg阻抗谱准确揭示多孔能源材料电极的动力学特性及离子在孔隙电解液的扩散行为,首先需要深入理解单孔Warburg阻抗谱随维度参数和材料特性的演化规律。本论文主要研究内容是:①建立单孔Warburg阻抗模型,并在理想界面和有限扩散条件下,从超越函数方程推演到代数方程;②通过数值计算方法,定量仿真了孔的直径、孔的深度、电解液单位长度电阻以及活性物/电解液界面单位长度比电容对Warburg阻抗特征的影响;③基于仿真结果,系统研究了Warburg阻抗谱的转折频率、横跨45°Warburg区低频电阻和低频等效电容随孔的维度参数和材料参数的动态演化规律;④最后,从电化学动力学的角度解释了有限扩散Warburg现象和半无限扩散Warburg现象彼此间的竞争关系及其观测结果的演变规律。通过本论文的仿真研究结果,可深入理解储能材料中多孔电极的行为特征,进而为有效设计储能材料的结构和组成提供了有价值的理论依据,尤其在能量密度和最大功率密度的优化上。     

锌粉形态对无机富锌涂层耐蚀性的影响

以正硅酸乙酯水解液为成膜物质,混合锌粉为填料,探究了片状锌粉取代比对醇溶性无机富锌涂层耐蚀性的影响。采用开路电位(OCP)法、电化学阻抗谱(EIS)法研究了涂层的开路电位和电化学阻抗谱随浸泡时间的变化规律。OCP法研究结果表明:片状锌粉的加入提高了涂层的耐蚀性,片状锌粉取代比为75%时涂层开路电位更负,在浸泡的第11天涂层失去阴极保护作用。EIS法研究结果表明:刚开始浸泡时,涂层的阻抗谱为半径很大的容抗弧,且随着片状锌粉加入量的增加,半径逐渐减小。浸泡初期,阻抗谱表现为双容抗弧特征,浸泡中后期,阻抗谱高频段表现为容抗弧,且随着浸泡时间先增大后减小,低频段表现为Warburg的特征。等效电路研究结果表明:随着浸泡时间的延长,涂层的电容值先减小增大,电阻值先增大后减小。     

灰土电化学阻抗谱(EIS)与力学性能的试验研究

在电化学体系研究和分析中,电化学阻抗谱的拓扑结构是一项十分重要的内容。把灰土的的电化学阻抗谱性质和其抗剪强度指标联系起来,可以得出一定关系,这为灰土的力学性能测试提供一个新的方式和途径。通过对不同龄期的灰土电化学测试,得出Nyquist图和Bode图,用相应的等效电路模拟其电化学阻抗谱并得出其参数;结合灰土的内部反应机理,分析参数变化过程,以及与相应龄期灰土抗剪强度指标的关系。试验结果表明:灰土的硬化过程可以分为前期和相对稳定期;其阻抗谱在前期呈现准Randles模型,相对稳定期呈现非Randles模型;通过等效电路模拟,得出其电路的参数:灰土溶液电阻Rs、灰土内部双电层CPE、电荷转移电阻Rt以及扩散阻抗ZW。随着龄期的增长,Rs、Rt、ZW在不断增大,CPE不断减小;通过灰土内部反应机理与等效电路参数的分析,灰土的黏聚力c、内摩擦角φ可以用参数α,β表示出增长的关系。     

典型砂土盐渍土的电化学特性及其腐蚀性研究

为了研究砂土盐渍土的电化学特性及其腐蚀性评价应用,通过正交助手和SPSS设计典型含易溶盐阴离子(Cl~-,SO_4~(2-)和HCO_3~-)砂土盐渍土的正交试验组,对砂土盐渍土的电化学阻抗特性及X80钢的电化学极化进行了测试。根据砂土盐渍土中电子、离子运动分布规律,建立了基本等效电路模型。砂土的阻抗谱高频端对应电极表面双电层电容和法拉第过程电阻,低频端对应于砂层的电容和电阻。砂土盐渍土的Nyquist图均呈现高频区容抗弧和低频区不同程度的扩散斜线。统计学极差分析显示,各种阴离子对等效电路参数的影响机理呈现一定的规律;砂土盐渍土对X80钢的腐蚀属于轻微的局部腐蚀,生成了铁的氧化物。三种阴离子共存的砂土盐渍土中,SO_4~(2-)对砂土电化学腐蚀行为影响较大;对腐蚀速率影响大小排序为SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-。实际应用中根据电化学阻抗谱和极化电阻的测量值可以综合判断砂土的腐蚀性。     

Cl~-含量对2A12铝合金初期腐蚀行为的影响

通过干湿周浸加速实验方法、扫描电镜观察和电化学阻抗谱测试技术,研究了2A12铝合金的初期腐蚀规律与电化学行为. 实验结果表明,干湿周浸48h后,所有Cl~-溶液中试样都发生了明显的点蚀. 提高Cl~-含量可以促进点蚀的形成和发展,同时腐蚀产物增多. 当Cl~-含量低时,腐蚀过程主要受电荷转移电阻控制;随Cl~-含量增加,其电化学特征转变为受电荷转移电阻和Warburg阻抗扩散混合控制.     

镀液温度对脉冲电镀镍-铬-钼合金镀层的影响

采用脉冲电镀法在Q235钢表面制备了Ni-Cr-Mo合金镀层,利用辉光放电光谱仪(GDS)、扫描电子显微镜(SEM)、Tafel曲线和电化学阻抗谱(EIS)考察了镀液温度对镀层元素含量、沉积速率、表面形貌和耐蚀性的影响。结果表明,随镀液温度的升高,镀层镍含量减小,铬含量先增大后减小,钼含量增大;镀层沉积速率稍有增大,镀层表面颗粒尺寸增大,镀层在3.5%NaCl溶液中耐蚀性先增强后减弱;镀液温度为30℃时,镀层最为均匀致密,且具有最大的自腐蚀电位(-0.535V)、最小的腐蚀电流密度(0.123μA·cm~(-2))和最大的电荷转移电阻(2550Ω·cm~2),耐蚀性最好。     

阴极低铂载量催化剂直接甲醇燃料电池的交流阻抗谱

为了降低直接甲醇燃料电池(DM FC)的成本,研究了阴极低铂载量催化剂的DM FC的交流阻抗谱(E IS)。利用等效电路,考察温度、空气体积流量对DM FC单电池的反应动力学、传质以及欧姆阻抗等电极过程的影响。实验表明:膜阻抗、常相位角元件的电容、电荷转移电阻、以及甲醇氧化弛豫过程相关的低频电感和电阻随着工作温度的升高而呈规律性的变化;空气流量则对电荷转移电阻和低频电感的影响较为显著。     

pH对粉土电化学特性的影响试验研究

通过配制五种不同pH的粉土土样,运用电化学阻抗谱(EIS)研究了pH对粉土电化学特性的影响,试验结果表明:pH对粉土Nyquist图影响表现为准Randles型曲线,即高频区一个圆弧和低频区的斜线;Bode图中阻抗模值随着频率上升而下降并随着粉土的pH的改变呈规律性变化;不同pH的粉土其等效电路模型主要包括溶液电阻、电荷传递电阻、常相位角元件及扩散电阻四个电化学元件,其中溶液电阻、电荷传递电阻、扩散电阻的数值均在粉土的pH为7时最大,而常相位角元件双电层电容参数值在粉土的pH为7时最小。     

Cl-含量对铸态Cu-40Ni合金电化学腐蚀行为的影响

利用动电位扫描法,结合电化学交流阻抗技术研究了用传统电弧熔炼(CA)制备的铸态Cu-40Ni合金在不同Cl-含量的腐蚀介质中的电化学腐蚀行为.结果表明:铸态Cu-40Ni合金在含Cl-腐蚀介质中,随着Cl-含量的增加,自腐蚀电位不同程度负移,膜电阻减小,腐蚀速度加快;合金在Na2SO4中表现出了Warburg阻抗的性质,电极表面的腐蚀过程由电化学控制转变为扩散控制,而在加入Cl-后,没有出现Warburg阻抗的性质,腐蚀过程由电化学控制;腐蚀电化学阻抗谱呈单容抗弧特征,随Cl-含量的增加,极化电阻减小;腐蚀过程中存在一定弥散效应.     

煤矸石-水泥体系早期水化的交流阻抗研究

采用交流阻抗谱方法对掺加不同量煤矸石的水泥浆体的早期水化过程进行了研究.研究结果表明,孔溶液电阻随着水化龄期的延长而增大,但随着煤矸石掺量的增大而减小;电化学反应电阻随着水化龄期的延长而增大,且可以间接地反映水泥浆体的水化程度;分形维数值随着水化龄期的延长而减小,但随着煤矸石掺量的增大而增大.其可以用来表征硬化水泥浆体的孔隙结构特征.     

pH值对粉土电化学特性的影响试验研究

通过配制五种不同pH值的粉土土样,运用电化学阻抗谱（EIS）研究了pH值对粉土电化学特性的影响,试验结果表明：pH值对粉土Nyquist图影响表现为准Randles型曲线,即高频区一个圆弧和低频区的斜线;Bode图中阻抗模值随着频率上升而下降并随着粉土的pH值的改变呈规律性变化;不同pH值的粉土其等效电路模型主要包括溶液电阻、电荷传递电阻、常相位角元件及扩散电阻四个电化学元件,其中溶液电阻、电荷传递电阻、扩散电阻的数值均在粉土的pH值为7时最大,而常相位角元件双电层电容参数值在粉土的pH为7时最小     

304 L不锈钢焊缝在混凝土模拟孔隙液中的点蚀行为

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线等电化学方法研究了以308 L为焊丝的304 L不锈钢焊接接头在不同氯离子含量的混凝土模拟孔隙液中腐蚀行为和电化学规律。随Cl-增加,304 L不锈钢焊接接头的三个区域(母材、焊缝和热影响区)在混凝土模拟孔隙液中的自腐蚀电位、点蚀电位及电荷转移电阻降低,钝化膜中载流子密度和焊接接头的点蚀坑数量增加。在同浓度的腐蚀溶液中,308 L的焊缝区域耐蚀性最佳,热影响区次之,304 L基体表现出低的电荷转移电阻和高的掺杂浓度使得母材的耐蚀性最差。     

温度对粉土电化学特性影响的试验研究

为了研究不同温度下粉土电化学性质的变化规律,通过使用电化学法测量粉土在五个温度梯度下的电化学阻抗谱图,运用Zsim Demo拟合其等效电路,研究电路参数的变化规律及分析其机理,结果表明:温度对粉土Nyquist图影响表现为高频区和中频区的两个时间常数下的圆弧以及低频区的扩散斜线;Bode图表现为随着温度的上升,土的阻抗模值持续减小;不同温度所对应的实际等效电路包含了溶液电阻、电荷传递电阻、常相位角元件、多孔层的电阻元件、电容元件以及扩散电阻六个电化学元件;随着温度的升高,电极发生反应的速率随之增快,电荷在土中的导体相转移速度增快,表现出溶液电阻、电荷传递电阻、多孔层的电阻均在-20℃时最大,而常相位角原件的双电层电容参数值在20℃时达到最大。     

高贝利特硫铝酸盐水泥水化过程的电化学阻抗谱

利用电化学阻抗谱法研究高贝利特硫铝酸盐水泥水化过程,得到不同水灰比下(0.6、0.8、1.0)的电化学阻抗谱曲线,并提出一种考虑弥散效应和水泥/电极界面扩散过程的等效电路模型,分析水泥水化过程中电化学阻抗参数和分形维数的变化规律.研究表明:不同水灰比下,高贝利特硫铝酸盐水泥的电化学阻抗谱具有相同的变化趋势.在整个水化过程中,随着龄期的增加和水灰比的减小,阻抗参数值和孔体积的分形维数增大,水泥的总孔隙率减小,结构变得密实;孔表面的分形维数则随着龄期的增加和水灰比的减小而减小.