电化学阻抗谱.pdf

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书籍描述

内容简介
本书在全面阐述电化学需要的背景基础知识和电化学阻抗谱测试实验设计的基础上,详细地论述了不同电化学过程的电化学模型,介绍了电化学阻抗谱解析的终极目标。最后,阐述了采用统计分析方法,分析电化学阻抗谱测试的误差,包括介绍K�K转化方法分析、确定电化学动力学模型的正确性。同时,对电化学阻抗谱技术的发展、应用及其存在的问题进行了回顾总结,并列出了一些重要的参考资料。在每一章的后面,还附有一些思考题供读者练习。
本书可以作为讲授电化学阻抗谱的教科书,也可以作为腐蚀、生物医学器件、半导体、固态器件、传感器、电池、燃料电池电化学电容器、介电测量、涂层、电致变色材料、分析化学和影像学等领域研究人员的参考书。

目录
第一部分基础知识
第1章复数2
1�1虚数2
1�2术语2
1�2�1虚数3
1�2�2复数3
1�2�3阻抗谱中的符号规定3
1�3复数运算4
1�3�1复数的乘法与除法4
1�3�2极坐标系中的复数6
1�3�3复数的性质9
1�4复数的初等函数9
1�4�1指数9
1�4�2对数11
1�4�3多项式13
思考13
第2章微分方程15
2�1一次线性微分方程15
2�2二次线性齐次微分方程17
2�3二次线性非齐次微分方程19
2�4由相似变换求解偏微分方程19
2�5含有复数的微分方程22
思考23
第3章统计学24
3�1定义24
3�1�1期望值和均值24
3�1�2方差、标准差和协方差24
3�1�3正态分布25
3�1�4概率26
3�1�5中心极限定理27
3�2误差传递28
3�2�1线性体系29
3�2�2非线性体系30
3�3假设检验32
3�3�1术语32
3�3�2均值的t检验33
3�3�3方差的F检验34
3�3�4方差的卡方(χ2)检验38
思考39
第4章电子电路41
4�1无源电路41
4�1�1电路元件41
4�1�2并联组合和串联组合43
4�2基本关系45
4�3复杂电路46
4�4等效思路47
4�5电路响应的图形表示47
思考48
第5章电化学50
5�1电阻和电化学电池50
5�2电化学平衡51
5�3电化学系统的极化行为52
5�3�1零电流52
5�3�2动力学控制53
5�3�3传质控制54
5�4电位的定义55
5�5速率表达式56
5�5�1质量作用规律56
5�5�2广义电极动力学57
5�6传递过程58
5�6�1一次电流和电位分布60
5�6�2对阻塞电极的应用61
5�6�3二次电流和电位分布61
5�6�4三次电流和电势分布61
5�6�5传质控制的电流分布61
5�7电位作用62
5�7�1欧姆电压降62
5�7�2表面过电位62
5�7�3浓度过电位62
5�8电容的贡献63
5�8�1双电层电容63
5�8�2介电电容65
思考65
第6章电化学仪器66
6�1理想的运算放大器66
6�2电化学仪器组件67
6�3电化学接口68
6�3�1恒电位仪69
6�3�2恒电流仪69
6�3�3电化学阻抗谱测试用的恒电位仪70
思考70
第二部分实验注意事项
第7章实验方法74
7�1稳态极化曲线74
7�2电位阶跃的暂态响应74
7�3频域分析75
7�3�1Lissajous分析75
7�3�2相位测试(锁相放大器)79
7�3�3单频率傅里叶分析80
7�3�4多频率傅里叶分析82
7�4测量技术的比较82
7�4�1Lissajous分析方法82
7�4�2相位敏感性测试(锁相放大器)82
7�4�3单频率傅里叶分析83
7�4�4多频率傅里叶分析83
7�5特殊测量技术83
7�5�1传输函数分析83
7�5�2局部电化学阻抗谱84
思考86
第8章实验设计88
8�1电解池的设计88
8�1�1参比电极88
8�1�2流场构型89
8�1�3电流分布90
8�2实验注意事项91
8�2�1频率范围91
8�2�2线性条件91
8�2�3调制技术98
8�2�4示波器99
8�3仪器参数99
8�3�1提高信噪比99
8�3�2降低偏移偏差100
8�3�3增大信息量102
思考102
第三部分过程模型
第9章等效电路的模拟106
9�1一般方法106
9�2外加电流107
9�2�1腐蚀电位的阻抗107
9�2�2部分覆盖电极107
9�3外加电位108
9�3�1多孔惰性层涂覆电极108
9�3�2多孔惰性双层膜涂覆电极109
思考110
第10章动力学模型111
10�1电化学反应111
10�2只受电位控制的反应111
10�3只受电位和质量传递控制的反应116
10�4只受电位和表面覆盖控制的耦合反应119
10�5只受电位、表面覆盖物和传递过程控制的反应122
思考125
第11章扩散阻抗126
11�1均匀电极126
11�2广义数学推导127
11�3滞流扩散层131
11�4固态膜层中的扩散过程132
11�4�1膜层扩散控制区132
11�4�2膜层阻抗响应135
11�5耦合扩散阻抗137
11�6旋转圆盘138
11�6�1流体流动138
11�6�2传质140
11�6�3对流扩散模型的分类141
11�7浸没喷射143
11�7�1流体流动144
11�7�2传质145
11�8旋转圆柱146
思考147
第12章半导体系148
12�1半导体物理学148
12�1�1电子和空穴148
12�1�2掺杂150
12�1�3深层态151
12�1�4Shockley-Read�Hall过程152
12�1�5界面153
12�2稳态模型154
12�2�1传质154
12�2�2空间电荷区155
12�2�3在半导体-电解液体系中的应用156
12�3阻抗模型158
12�3�1等效电子电路159
12�3�2Mott-Schottky分析159
思考163
第13章时间常数的弥散效应165
13�1常相位角元件165
13�1�1二维和三维分布166
13�1�2电容的确定167
13�1�3CPE应用的局限性167
13�2微小电极的对流扩散阻抗168
13�2�1分析168
13�2�2局部扩散对流阻抗170
13�2�3整体对流扩散阻抗172
13�3几何形状引起的电流和电位分布173
13�3�1数学模型的推导174
13�3�2整体和局部阻抗175
13�4多孔电极180
13�5氧化层186
思考189
第14章广义传输函数190
14�1多路输入/输出系统190
14�1�1电流或电位为输出量193
14�1�2电流或电位为输入量194
14�1�3实验变量196
14�2仅有电气量的传输函数196
14�2�1环-盘阻抗测试196
14�2�2双电层的复频测试198
14�3非电气量的传输函数200
14�3�1热电化学(TEC)传输函数200
14�3�2光电化学阻抗测试203
14�3�3电重量阻抗测试204
思考205
第15章电流体动力学阻抗206
15�1流体动力学传输函数207
15�2传质过程的传输函数210
15�2�1施密特数较大时的近似解212
15�2�2高频区的近似解213
15�3简单电化学反应的动力学传输函数214
15�4二维或三维绝缘相界面215
15�4�1部分阻塞电极215
15�4�2多孔膜覆盖的旋转圆盘电极217
思考222
第四部分解析方法
第16章阻抗表示方法224
16�1阻抗的形式225
16�1�1复平面阻抗图226
16�1�2Bode图227
16�1�3电解质电阻校正的Bode图229
16�1�4阻抗图230
16�2导纳形式231
16�2�1导纳平面图232
16�2�2导纳图233
16�2�3电解质电阻校正图235
16�3复容抗236
16�3�1复容抗平面图237
16�3�2复容抗图237
16�4有效电容239
思考241
第17章基本图解法242
17�1Randles电路的应用242
17�1�1数据的传统表示243
17�1�2欧姆电阻修正的相位角和模量245
17�1�3实部和虚部246
17�1�4有效高频电容与CPE系数247
17�2阻塞电极的应用249
17�2�1Nyquist和Bode表示法249
17�2�2虚部250
17�2�3有效CPE系数251
17�3综述254
思考256
第18章基于模型的图解法257
18�1传质257
18�1�1阻抗平面图257
18�1�2低频的渐进特性259
18�2反应动力学:阿伦尼乌斯关系260
18�3Mott-Schottky平面图262
思考263
第19章复变非线性回归265
19�1概念265
19�2目标函数266
19�3回归方法的形式268
19�3�1线性回归268
19�3�2非线性回归269
19�4非线性问题的回归方略270
19�4�1Gauss-Newton法270
19�4�2最速下降法271
19�4�3Levenburg-Marquardt法271
19�4�4下降单纯形法271
19�5数据质量对回归的影响272
19�5�1数据的随机误差273
19�5�2随机噪声引起的病态回归274
19�5�3范围不足引起的病态回归276
19�6回归初始估计276
19�7回归统计278
19�7�1参数估计的置信区间278
19�7�2回归质量的统计测量279
思考279
第20章回归质量的评估281
20�1评估回归质量的方法281
20�1�1定量法281
20�1�2定性法282
20�2回归概念应用282
20�2�1有限扩散长度模型283
20�2�2度量模型286
20�2�3对流扩散长度模型287
思考293
第五部分统计分析
第21章阻抗测量的误差结构296
21�1误差的影响296
21�2阻抗测量中的随机误差296
21�2�1时域信号的随机误差297
21�2�2时域到频域的转换298
21�2�3频域的随机误差300
21�3偏移误差301
21�3�1仪器失真302
21�3�2研究系统的附属部分302
21�3�3非稳态行为302
21�3�4阻抗谱测量中的时间尺度302
21�4误差结构的合并304
21�5用度量模型确定误差306
21�5�1随机误差307
21�5�2偏移误差308
思考309
第22章Kramers-Kronig关系310
22�1数学原理310
22�1�1基础知识310
22�1�2Cauchy定理的应用313
22�1�3实部到虚部的转换314
22�1�4虚部到实部的转换316
22�1�5Kramers-Kronig关系的应用317
22�2期望意义上的Kramers�Kronig关系318
22�2�1实部到虚部的转换319
22�2�2虚部到实部的转换320
22�3应用方法321
22�3�1Kramers-Kronig关系的直接积分321
22�3�2一致性的实验评价321
22�3�3过程模型的回归322
22�3�4度量模型的回归322
思考323
第六部分综述
第23章阻抗谱的综合分析方法326
23�1回归分析的流程图326
23�2测量、误差分析和模型的一体化327
23�2�1结合误差分析的阻抗测量327
23�2�2结合其他观察建立分析模型328
23�2�3误差结构的回归分析328
23�3应用329
思考333
第七部分参考资料
附录A复积分336
A�1术语的定义336
A�2Cauchy-Riemann条件338
A�3复积分339
A�3�1Cauchy定理339
A�3�2有理函数的广义积分342
思考343
符号目录345
参考文献354

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