一步一步教你用Zview拟合交流阻抗谱
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以DSSC为例,图解EIS(电化学阻抗谱)原理、表征和Zview拟合首先以DSSC为例,其工作原理及结构如图1所示:图1 DSSC结构及工作原理DSSC中的电子过程分以下几个部分:图2为上述过程的图解图2. DSSC电子过程1.EIS 工作基本原理电化学阻抗谱方法是一种以小振幅正弦波电位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法。
对于一个稳定的线性系统M,如以一个角频率为w的正弦波电信号(电压或电流)x为激励信号输入该系统,相应的从该系统输出一个角频率为w的正弦波电信号(电流或电压)Y,Y即是响应信号。
Y与x之间的关系为:Y= G(w)·X式中G为频率的函数,即频响函数,它反映系统M的频响特性,由M的内部结构所决定。
因而可以从G随x与Y的变化情况获得线性系统内部结构的有用信息。
如染料敏化太阳能电池的内部电子传输过程可以看作一个黑箱模型M, 对M进行动态处理如图3所示如果扰动信号X为正弦波电流信号,而Y为正弦波电压信号,则称G为系统M的阻抗。
对于阻抗一般用z来表示,阻抗是一个随频率变化的矢量,用变量为角频率w的复变函数表示。
即(用Z'表示实部,Z''表示虚部)征,从这两种图中就可以对系统进行阻抗分析。
2.拟合原理和表征利用zview拟合可以直接获得样品的传输电阻(R t)、界面电阻(R ct)、界面电容C ch等等效电路元件信息,从而为研究DSC内部的电子传输特性提供依据图4.DSSC的传输线模型对于理想DSC来说,R t与R ct主要决定电池在稳态下的工作输出。
DSC在EIS测试中的基本相应为高频段是一段直线,一般称作韦伯(warburg)特性,低频段是一个半圆。
直线对应电子传输过程,半圆对应于电子的转移过程。
图5a中可以看到(R t固定为100欧),半圆的直径对应R ct的值,随着R ct的增加而增加;图5(b)显示(R ct固定为300欧),R t的值为直线在实轴上投影的3倍,随着R t的增加,直线的长度增加。
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1.导入数据[有人PM我,说看不到图,估计是最近教育网连google不畅之故,因为我的图是上传至google空间的。
今天索性把图重新上传至本坛,以消除此问题。
另,如果图有错,请pm我][Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】求德国Zahner电化学工作站中文说明书仪器采购指南:电化学工作站 电化学配件 PH电极关 键 词:拟合 入门 zview 交流阻抗谱支持:15次 感谢:10次2006-9-12 19:29:001楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell(maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]2.数据格式要求:只要是三列数据,如下图:实部、虚部和频率即可;[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】开路电位与IR补偿?2006-9-12 19:32:002楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell(maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]3.激活数据:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】大侠请留步,有关于燃料电池的问题请教2006-9-12 19:33:003楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell (maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护][Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】交流阻抗中拟合用到Q,Q的两个参数值Y0和n各有什么意义?他们的变化能说明什么问题?2006-9-12 19:35:00 4楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell (maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]5.即时拟合,也就是为后面的拟合获取初值:1)这个需要一个一个元件单独进行,如图中1处所标,选中部分准备进行即时拟合; 2)这里忘标了,在左上角打框的地方,点击它就是即时拟合了;[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】求助两本书,急!2006-9-12 19:48:005楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell(maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护][Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】阳极极化曲线出现了三个峰,用哪个算自腐蚀电位?2006-9-12 19:52:00 6楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell (maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]7.把1处的数据,用鼠标抓起来,丢到2处去:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】请问那个学校有四探针测试仪?2006-9-12 19:54:00 8楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell(maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]8.把1处的fixed改称free,为拟合作准备:点击2开始拟合,但在拟合前还有个地方需要部补充一下,因为有张图丢失了,没心情去补,描述如下:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】瑞士万通titrono系列的仪器使用说明书:要中文的2006-9-12 20:02:00 9楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell (maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]9.如图,1处是拟合的结果,如果要用数据绘图,则在2处选拟合结果,再点击3处[Last edit by maxwell]相关帖子:【资料】塑料电镀前处理无铬“三合一”新工艺2006-9-12 20:05:00 10楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell (maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]10.这个结果就可以粘贴到origin,excel等里绘制拟合后的图了[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】用电极法测量氟化物的空白问题2006-9-12 20:09:00 11楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇)maxwell(maxwell)技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料] [给他留言] [帖子合集][回复] [引用并回复] [维护]后记:遗憾的是,我所选取的这个数据有问题,因为仪器的缘故,实部被乘了-1,导致拟合出问题。
实验项目名称第一部分:实验分析与设计(可加页)一、实验内容描述(问题域描述)本人于今年3月份参与了2013年度武汉理工大学自主创新基金本科生项目并顺利通过了审核,研究课题为“La0.7Ca0.3Cr x Fe1-x O3-δ电极的阴极电化学性能研究”,属于固体氧化物燃料电池方面。
评价固体氧化物燃料电池电极材料优劣的一个重要指标是离子电导率,可利用交流阻抗谱对电极反应过程进行研究,得出相应的等效电路,并计算出材料的离子电导率和离子导电活化能,在此基础上研究烧成温度、化学组成和制备方法对材料离子导电特性的影响。
交流阻抗谱是通过施加小幅度正弦电压,对电极电位在平衡电极电位附近进行微扰,测量其响应电流信号的振幅和相位,计算出电化学系统的复阻抗信息,然后根据提出的等效电路对阻抗谱数据进行拟合,进行电极反应过程的分析。
其基本方法是把不同频率下测得的阻抗(Z’)和容抗(Z”)作复数平面图,与测量电池的等效电路模拟的复平面进行对比分析,从而求出样品和电极部分的相应参数。
本项目采用电化学工作站(CHI600c)测量电池的交流阻抗谱,所得数据用所带测试软件CHI600c导出为txt文档(见3(a)原始数据.txt)。
下面是La2NiO4+δ在800℃,空气环境中所测得的交流阻抗谱原始实验数据:二、实验基本原理与设计(包括实验方案设计,实验手段的确定,试验步骤等,用硬件逻辑或者算法描述)实验原理:1.交流阻抗谱的基本原理当对电池加上正弦波的电压微扰(E0sinωt)时,所产生的电流为I0sin(ωt+θ)。
式中,ω=2πf,f 为交流频率,t为时间,θ为电流对于电压的相位移。
则电池的阻抗可用复数表示:1。
其中,实数部分Z’=R;虚数部分Z” =ωC根据交变电路理论分析可知,当等效电路是由电阻R和电容C并联时,在阻抗谱中可以得到一个半圆曲线(见图1)。
半圆顶点处满足关系式ω*RC:l。
如果是不可逆电极,通常在阻抗谱的高频部分出现一半圆而低频部分出现一条近似的直线,即出现恒相角阻抗(CPA),这条近似直线与电极/电解质界面的粗糙程度有关(见图2)。
文章标题:探索电化学中的zview阻抗谱分析一、引言在电化学领域,阻抗谱分析作为一种重要的技术手段,广泛应用于电化学传感器、电化学电池、腐蚀研究等领域。
在阻抗谱分析中,zview 软件以其强大的功能和广泛的应用而备受关注。
本文将着重探讨zview阻抗谱分析的基本原理和应用以及相关的半圆和斜线等效电路模型。
二、zview阻抗谱分析的基本原理1. zview软件简介zview是一款专门用于分析阻抗谱的软件,其强大的功能和友好的操作界面使得阻抗谱分析变得更加便捷和高效。
其支持多种阻抗谱数据的处理和分析,包括但不限于交流阻抗谱(AC impedance),扫描电化学阻抗谱(EIS)等。
通过zview软件,用户可以对阻抗谱数据进行拟合、模拟、可视化分析等操作。
2. 阻抗谱分析的基本原理阻抗谱分析是一种通过对待测系统施加交流激励信号,然后测定系统响应进行分析的技术手段。
通过测定系统的阻抗谱,可以了解系统的电化学特性、界面反应动力学等重要信息。
阻抗谱通常表现为由半圆和斜线组成的复杂曲线,因此对于阻抗谱的分析往往需要借助半圆和斜线等效电路来模拟系统的复杂响应。
三、半圆和斜线等效电路模型1. 半圆等效电路模型半圆等效电路模型通常用于模拟电化学电极的交流阻抗特性。
其基本形式为一个并联的RC(电阻-电容)串联与一个电阻,其中并联的RC 模拟了电极表面的双层电容和界面反应的动力学特性。
通过拟合半圆模型可以得到电极的电荷转移电阻和双层电容等重要参数。
2. 斜线等效电路模型斜线等效电路模型通常用于模拟扩散受限的电极系统或者非理想的电极界面特性。
其基本形式为一个电阻和一个电容串联,其中电容模拟了扩散层的影响,而电阻模拟了扩散层和电极之间的传输特性。
通过拟合斜线模型可以得到系统的扩散系数、传输系数等重要参数。
四、zview阻抗谱分析的应用1. 电化学传感器研究在电化学传感器研究中,zview软件可以用于对传感器的阻抗谱进行分析,以了解传感器与待测物质之间的界面反应动力学特性。
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1.导入数据[有人PM我,说看不到图,估计是最近教育网连google不畅之故,因为我的图是上传至google空间的。
今天索性把图重新上传至本坛,以消除此问题。
另,如果图有错,请pm我][第二次重新上传部分不能显示图,呵呵,留影,看看还会不会再出错07-07-17] [Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】求德国Zahner电化学工作站中文说明书仪器采购指南:电化学工作站电化学配件 PH电极关键词:拟合入门 zview 交流阻抗谱支持:15次感谢:10次2006-9-12 19:29:001楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell(maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ] [回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]2.数据格式要求:只要是三列数据,如下图:实部、虚部和频率即可;[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】开路电位与IR补偿?2006-9-12 19:32:002楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell(maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]3.激活数据:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】大侠请留步,有关于燃料电池的问题请教2006-9-12 19:33:00 3楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell (maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]4.删除不需要的数据,也就是zview不能拟合的部分:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】交流阻抗中拟合用到Q,Q的两个参数值Y0和n各有什么意义?他们的变化能说明什么问题?2006-9-12 19:35:00 4楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell (maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]5.即时拟合,也就是为后面的拟合获取初值:1这个需要一个一个元件单独进行,如图中1处所标,选中部分准备进行即时拟合;2这里忘标了,在左上角打框的地方,点击它就是即时拟合了;3选择适宜的等效元件,如2处所标识,获得初值[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】求助两本书,急!2006-9-12 19:48:00 5楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell (maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]6.建立适宜的等效电路,这个取决于自己的体系:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】阳极极化曲线出现了三个峰,用哪个算自腐蚀电位?2006-9-12 19:52:00 6楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell (maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]7.把1处的数据,用鼠标抓起来,丢到2处去:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】请问那个学校有四探针测试仪?2006-9-12 19:54:00 8楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell(maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]8.把1处的fixed改称free,为拟合作准备:点击2开始拟合,但在拟合前还有个地方需要部补充一下,因为有张图丢失了,没心情去补,描述如下:[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】瑞士万通titrono系列的仪器使用说明书:要中文的2006-9-12 20:02:00 9楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell (maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]9.如图,1处是拟合的结果,如果要用数据绘图,则在2处选拟合结果,再点击3处[Last edit by maxwell]相关帖子:【资料】塑料电镀前处理无铬“三合一”新工艺2006-9-12 20:05:00 10楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell (maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]10.这个结果就可以粘贴到origin,excel等里绘制拟合后的图了[Last edit by maxwell]相关帖子:【求助】用电极法测量氟化物的空白问题2006-9-12 20:09:00 11楼:RE:【原创】一步一步叫你用Zview拟合交流阻抗谱(入门篇maxwell(maxwell技术:军士长财富:温饱积分:831 经验:138 声望:68 时长:3641[个人资料 ] [给他留言 ] [帖子合集 ][回复 ] [引用并回复 ] [维护 ]后记:遗憾的是,我所选取的这个数据有问题,因为仪器的缘故,实部被乘了-1,导致拟合出问题。
图I.等效电路反对应的1.⅛抗谱网2.考虑电极界面的多致电珞*对应阻抗语2.固体氧化物燃料也池阴极的等效电路固体氧化物燃料也池阴极的氧化还原中主要存在表面过程,步散过程以及界面反应3个极化过程。
其中界面反应对应的频率在IO5HZ左右,表面过程在IO4/。
?HZ之间,而犷散过程对应频率在Io1.1.(TIHZ。
这3个过程分别等效于图1中的R、C并原,而也斛质存在一定的电阻Ro,导线和电极卷绕产生也威,这些相互之间为串麻关缸>如图3所示。
1.OW CP€1C吒2 CPC3图3.阴极孔还原反应若效电路方会谈计:通过包板反应各个过程的寻效也路来对实验数据进行拟合,最后将得到的数据绘制成版抗谱图。
上球手段的&文:ZVieW是用于阻抗分析的一款软件,可对电化学阻抗诺数据此行拟合。
通过ZVieW 设置等效电路,删除不需要的数据进行拟合,方便对包板限抗遂行分析。
试*多将CH1.600C中的测试数据导出,用规范化软件除以电极面积后得到单住面积阻抗。
再将规范化后的效据导入到ZVieW中进行拟合,录后导出数据到Origin中完4∙和修饰。
三、主要枚Jt卷各及耗材本实验■所用到的软件有:电化学工作站测试软件CHI600C∖阻抗规范化NOrma1.ize、ZView.Origin,Notebook o双击Y轴,在打开的[YAxis-1.ayer1】对语框中的[Sca1.e]标签卡中设置Y轴刻度范倒及增量,单击【Tit1.e&Forma1.】林签卡,选择Righ1.勾选【ShowAxis&Tick】,并将【Major】和【Minor】均选为None,对Top作相同操作,单击【确定】。
双击图例修改图例名称。
Too1.s工具栏上点击[TextToo1.]即可在相应区域添加文字进行标注。
二,实检结杲及分析C包括结票描述,实检现象分析、彰嘀因素行喜、综合分析和结4结系描述:实脍所拟合的交流阻抗谱如下所示:从图中可看出,交流防抗谱主要由3个固孤组成,即图中A'B,BC.CrD三段。
交流组抗分析软件Zview软件教程软件教程Zview软件版本:v3.3a导入1. 数据数据导入中红圈处图标;;①执行图1中红圈处图标;选择文件;导入)选择文件;选择文件格式;;(选择文件格式②新出现的窗口按图示1、2、3步骤执行步骤执行;图12. 数据格式要求① 只要是三列数据只要是三列数据,,如下图如下图::实部实部、、虚部和频率即可虚部和频率即可;;② 高版本的程序能够高版本的程序能够自行自行自行分分析,CHI 实验测得的.txt 文件可以直接文件可以直接导入导入导入使用使用使用;;图23. 激活数据① 选中导入文件选中导入文件;;② Autolocate all Cursors(自动定位所有数据),曲线上会出现.txt 文件里的所有可用数据点数据点;;图34. 坏点去除删除不删除不需要的数据需要的数据需要的数据,,也就是Zview 不能拟合的部分(主要是负值);图45. 即时拟合(为后面的拟合获取初值)选中部分准备进行即时拟合;;处所标,,选中部分准备进行即时拟合1) 这个需要一个一个元件单独进行这个需要一个一个元件单独进行,,如图中5处所标获得初值。
处所标识,,获得初值2) 选择适宜的等效元件选择适宜的等效元件,,如2处所标识图56. 等效电路建立适宜的等效电路建立适宜的等效电路,,这个取决于自己的体系这个取决于自己的体系;;图67. 数据转移,丢到2处去;处去;用鼠标抓起来,,用鼠标抓起来把1处的数据处的数据,图78. Model设置选择model,将Mode设置改成Fitting;图89. 拟合;为拟合作准备;,则设定为free(?)),为拟合作准备①把1处的fixed改称free(+)(如果有负值如果有负值,开始拟合;;②点击2开始拟合,是统计样本的实际观测值与理论推断值之间的偏离程度,实③Chi-Square:卡方检测卡方检测,际观测值与理论推断值之间的偏离程度就决定卡方值的大小,卡方值越大,越不符合,偏差越小,卡方值就越小,越趋于符合,若量值完全相等时,卡方值就为0,表明理论值完全符合;④Sum of Sqr:平方根统计图910. 拟合结果;处是拟合的结果;①1处是拟合的结果,再点击3处;处选拟合结果,如果要用数据绘图,,则在2处选拟合结果②如果要用数据绘图图1011. 绘图等里绘制拟合后的图了了这个结果就可以粘贴到origin,excel等里绘制拟合后的图图1111。
交流组抗分析软件Zview软件教程软件教程Zview软件版本:v3.3a导入1. 数据数据导入中红圈处图标;;①执行图1中红圈处图标;选择文件;导入)选择文件;选择文件格式;;(选择文件格式②新出现的窗口按图示1、2、3步骤执行步骤执行;图12. 数据格式要求① 只要是三列数据只要是三列数据,,如下图如下图::实部实部、、虚部和频率即可虚部和频率即可;;② 高版本的程序能够高版本的程序能够自行自行自行分分析,CHI 实验测得的.txt 文件可以直接文件可以直接导入导入导入使用使用使用;;图23. 激活数据① 选中导入文件选中导入文件;;② Autolocate all Cursors(自动定位所有数据),曲线上会出现.txt 文件里的所有可用数据点数据点;;图34. 坏点去除删除不删除不需要的数据需要的数据需要的数据,,也就是Zview 不能拟合的部分(主要是负值);图45. 即时拟合(为后面的拟合获取初值)选中部分准备进行即时拟合;;处所标,,选中部分准备进行即时拟合1) 这个需要一个一个元件单独进行这个需要一个一个元件单独进行,,如图中5处所标获得初值。
处所标识,,获得初值2) 选择适宜的等效元件选择适宜的等效元件,,如2处所标识图56. 等效电路建立适宜的等效电路建立适宜的等效电路,,这个取决于自己的体系这个取决于自己的体系;;图67. 数据转移,丢到2处去;处去;用鼠标抓起来,,用鼠标抓起来把1处的数据处的数据,图78. Model设置选择model,将Mode设置改成Fitting;图89. 拟合;为拟合作准备;,则设定为free(?)),为拟合作准备①把1处的fixed改称free(+)(如果有负值如果有负值,开始拟合;;②点击2开始拟合,是统计样本的实际观测值与理论推断值之间的偏离程度,实③Chi-Square:卡方检测卡方检测,际观测值与理论推断值之间的偏离程度就决定卡方值的大小,卡方值越大,越不符合,偏差越小,卡方值就越小,越趋于符合,若量值完全相等时,卡方值就为0,表明理论值完全符合;④Sum of Sqr:平方根统计图910. 拟合结果;处是拟合的结果;①1处是拟合的结果,再点击3处;处选拟合结果,如果要用数据绘图,,则在2处选拟合结果②如果要用数据绘图图1011. 绘图等里绘制拟合后的图了了这个结果就可以粘贴到origin,excel等里绘制拟合后的图图1111。
Zview基础入门教程最近研究如何用Zview软件拟合阻抗,总结了操作过程,供大家参考。
将阻抗数据存放在txt或DAT文件中,数据包括三列数,如下面的例子所示。
(前两行可以不要)点击,弹出如下对话框,点击需要拟合的数据文件,点击,点击OK。
数据导入到软件中。
此时阻抗图可能显示比较小,在窗口中右键选择Autoscale。
也可以左键框选需要放大的曲线。
在图标栏勾选Fit,点击Fit右侧的矩形框的下三角,选中需要优化的数据文件。
这是必要的步骤,因为软件默认不选择任何数据。
在拟合整个阻抗谱之前,要分别计算出每个分立简单阻抗谱的基本参数。
例如我们想计算第一个高频半圆环的参数。
操作如下;按住Shift在半圆环的起点处左键连续点击三下,选中起点。
(这个操作可以改变起始点的位置)按住Shift在半圆环的起点处左键单击,选中终点。
选中的线段会变绿。
菜单栏-Tools-Instant Fit..,弹出对黄框,单击可能的阻抗拟合图,等待几秒钟,计算出拟合参数。
不要关闭这个窗口。
菜单栏-Tools-Equivalent Circuits..这一步是对总图谱拟合对应的编辑窗口。
我们要在此窗口中编辑出拟合电路。
在空白处右键-New,选择想要添加的元件的位置和元件的类型。
大家可以尝试点击不同的类型查看电路结果,不再赘述。
我们绘制出总图谱的拟合电路图后,将每一个元件的Freedom改为Free(+)。
在Instant Fit窗口中,用左键点击某一个元件的拟合数值,按住左键不放拖拽到Equivalent Circuits窗口中相应元件的Value框中,数据即被立即粘贴了;依次把数值粘贴到相应位置。
按照之前一系列的操作选中其他分立的简单阻抗谱,在Instant Fit对话框中计算出初始值,给Equivalent Circuits对话框的电路赋予初始值。
初始值全部赋予完毕,可以关闭Instant Fit 窗口了。
我们现在要选中整个待拟合图谱,操作跟之前相同。
易懂的交流阻抗谱原理和分析拟合技能电化学阻抗谱是一种相对来说比较新的电化学测量技术,它的发展历史不长,但是发展很迅速,目前已经越来越多地应用于电池、燃料电池以及腐蚀与防护等电化学领域。
电化学阻抗谱的设计基础是给电化学系统施加一个扰动电信号,然后来观测系统的响应,利用响应电信号分析系统的电化学性质。
所不同的是,EIS给电化学系统施加的扰动电信号不是直流电势或电流,而是一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波,测量的响应信号也不是直流电流或电势随时间的变化,而是交流电势与电流信号的比值,通常称之为系统的阻抗,随正弦波频率w的变化,或者是阻抗的相位角随频率的变化。
将电化学阻抗谱技术进一步延伸,在施加小幅正弦电势波的同时,还伴随一个线性扫描的电势,这种技术称之为交流伏安法。
由于扰动电信号是交流信号,所以电化学阻抗谱也叫做交流阻抗谱。
下面我们来介绍有关电化学阻抗谱的一些基础知识和基本概念。
首先来看电化学系统的交流阻抗的含义。
如果系统的内部结构是线性的稳定结构,则输出信号就是扰动信号的线性函数。
如果施加扰动信号X为角频率为w的正弦波电流信号,则输出响应信号Y即为角频率也为w的正弦电势信号,此时,传输函数G(w)也是频率的函数,成为频率响应函数(频响函数)这个频响函数就称之为系统M的阻抗(impedance),用Z表示。
阻抗和导纳我们将其统称为阻纳(immittance), 用G表示。
阻抗和导纳互为倒数关系。
阻纳是一个随角频率w变化的矢量,通常用角频率w(或一般频率f)的复变函数来表示。
因为阻抗为矢量,在坐标体系上表示一个矢量时,通常以实部为横轴,虚部为纵轴,如这个图所示。
从原点到某一点(z‘,z’’)处的矢量长度即为阻抗Z的模值,角度f为阻抗的相位角。
电化学阻抗技术就是测定不同频率w的扰动信号X和响应信号Y 的比值,得到不同频率下阻抗的实部、虚部、模值和相位角,然后将这些量绘制成各种形式的曲线,就得到电化学阻抗谱,常用的电化学阻抗谱有两种:一种叫做奈奎斯特图(Nyquist plot),一种叫做波特图(Bode plot)。
锂离子电池交流阻抗测试交流阻抗谱(EIS)对于研究锂离子电池系统有非常多的优点。
通过一张EIS谱图可以获得电池的欧姆阻抗(Rs),界面层(SEI),电荷转移反应(Rct)和扩散过程(W)的阻抗信息。
EIS测量过程中不需要对电池进行拆解,这样避免了环境条件对电池材料的影响,并且可以在电池的工作状态下进行测量。
本应用报告将对使用交流阻抗对锂电池进行测试及拟合的过程进行详细描述。
1.设备:所有Zahner的电化学工作站都具有交流阻抗的测试功能2.连接:采用四电极连接方式,分别把工作电极黑色引线(WE power)和工作测试电极蓝色引线(WE sense)连接到电池的正极(+),把对电极红色引线(CE)和参比电极绿色引线(RE)连接到电池的负极(-).3.连接后,选中EIS测试方法EIS potentiostatic 或EIS galvanostatic后,Online Display窗口会自动显示电池开路电压(cell Voltage), 检查其是否正确和稳定,如果发现异常,仔细检查连接是否正确。
Online display可以实时显示电池开路电位(Cell voltage)4.测试设置:这里注意的是测试方法的选定,通常有电压扰动(EIS potentiostatic)和电流扰动(EIS galvanostatic)两种方法,两种方法测试结果相同。
选择电压扰动(EIS potentiostatic方法时,要根据欧姆定律,估计一下得到的电流是否会超出仪器的最大量程。
例如:内阻大约为1mΩ,施加5mV电压扰动,峰值电流就会达到5A。
这样的电流就超出了仪器的量程,测试就不能进行,严重的话可能会损坏硬件,同时大电流也影响到电池的SOC,测试结果也会受到影响。
所以为了安全,当电池的内阻非常小时,例如在100mΩ以下,建议使用电流扰动EIS 方法(EIS galvanostatic)。
一般是扣式电池用电压扰动,动力电池用电流扰动。
zview拟合软件使用方法图解
∙作者:未知
∙发表时间:2011-09-18 17:05:07
∙关键词:电化学拟合软件
只要是三列数据,如下图:实部、虚部和频率即可;
1)这个需要一个一个元件单独进行,如图中1处所标,选中部分准备进行即时拟合;2)这里忘标了,在左上角打框的地方,点击它就是即时拟合了;
3)选择适宜的等效元件,如2处所标识,获得初值。
6.建立适宜的等效电路,这个取决于自己的体系:
点击2开始拟合,但在拟合前还有个地方需要部补充一下,因为有张图丢失了,没心情去补,描述如下:这张图左上方有个model,点击进去将mode改为fitting才能拟合。
遗憾的是,我所选取的这个数据有问题,因为仪器的缘故,实部被乘了-1,导致拟合出问题。
很久不作这个了,现在不太喜欢用交流阻抗,因为任意性太大。
故此,提醒各位,慎用阻抗!一定要多测,最好系统地测,得到一组数据再慢慢分析,数据能说明你的问题是好事,不能说明也就不必勉强。
在我的理解中,阻抗在很大程度上只能作为辅助手段,用以加强其它测试手段的分析结果。
第31卷第3期大学物理实验Vol.31No.32018年6月PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEJun.2018收稿日期:2018 ̄03 ̄12基金项目:国家自然科学基金(11204108)文章编号:1007 ̄2934(2018)03 ̄0090 ̄07基于Zview和Origin软件的交流阻抗谱的实验数据处理徐加焕ꎬ盖志强(江苏科技大学ꎬ江苏镇江㊀212003)摘要:以固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质的研究为例ꎬ具体介绍了基于Zview软件和Origin8.5软件对交流阻抗实验数据进行处理和分析的方法ꎮ通过等效电路处理可区分电解质的晶粒电阻㊁晶界电阻以及界面电阻ꎬ获得电导率与温度的变化关系等重要的实验结果ꎬ为本科生关于氧化物电解质交流阻抗以及导电性能方面的研究项目进行数据处理和分析提供借鉴和参考ꎮ关键词:交流阻抗谱ꎻ数据处理与分析ꎻOrigin软件ꎻZview软件中图分类号:O321文献标志码:ADOI:10.14139/j.cnki.cn22 ̄1228.2018.03.024㊀㊀电化学阻抗谱可应用于电池㊁燃料电池以及腐蚀与防护等电化学领域[1]ꎬ利用阻抗谱可以分析电极过程动力学㊁双电层和扩散等ꎬ可以研究固体电解质㊁电极材料㊁导电高分子以及腐蚀防护机理等ꎮ阻抗谱的测量是给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流正弦电势波ꎬ测量交流电势与电流信号的比值(系统阻抗)随着正弦波频率(ω)的变化ꎬ或者阻抗的相位角(φ)随着频率(ω)的变化ꎮ可以将电化学系统看作是一个由电阻㊁电容㊁电感等基本元件按照串联或并联等不同方式组合而成的等效电路ꎮ通过阻抗谱分析可以测得等效电路构成以及各元件的大小ꎬ利用这些元件的电化学含义ꎬ来分析对应的电化学过程ꎮ阻抗谱分析在固体氧化物燃料电池中(SOFC)应用较广ꎬ可以研究电解质㊁电极的导电特性[2 ̄4]ꎬ可以区分SOFC电解质中晶粒㊁晶界的导电行为[5 ̄7]ꎬꎬ从而通过优化样品合成工艺条件以及选择合适的掺杂元素等方法来提高SOFC电解质的电导率㊁降低活化能㊁提高载流子迁移数[8 ̄10]ꎮ因此ꎬ阻抗谱分析是一个重要的电化学分析方法ꎬ本文以阻抗谱分析在SOFC电解质中的应用为例ꎬ详细分析了阻抗谱的数据处理㊁等效电路选择㊁Nyquist图的绘制与分析ꎬ获得样品的不同温度下的电导率㊁Arrhenius曲线和活化能ꎮ1㊀实㊀㊀验利用德国IM6ex电化学工作站进行交流阻抗谱测试ꎬ测试温度为200ħ到750ħꎬ每隔50ħ测试一个数据点ꎬ测试频率为1HZ~106Hzꎬ外加交流电压50mVꎬ采用两电极法测试ꎻ利用Zview和Origin8.5软件对实验数据进行处理和分析ꎮ2㊀结果与分析2.1㊀阻抗谱的分析与拟合测试获得的数据保存为txt格式的ꎬ打开Zview软件ꎬ把测试数据导入到Zview软件中(图1)ꎬ选中需要处理的数据ꎬ右键点击autoscale选中的数据阻抗谱图以合适的尺寸显示(图2)ꎮ选中阻抗谱图ꎬ对图谱进行等效电路拟合(图3)ꎮ以图3为例ꎬ图3的阻抗谱为450ħ下测试的数据ꎬ如图3插图所示的等效电路ꎬ一个电感(Ls)ꎬ串联一个系统电阻(Rs)ꎬ再串联两个R//CPEꎮ拟合误差小于10%ꎬ均方根误差为2.2%ꎬ拟合较好(图4)ꎮ把拟合数据导出为txt格式ꎬ然后在origin里作图(图5)ꎮ图1㊀导入实验数据到Zview软件中图2㊀阻抗谱合适尺寸显示图3㊀等效电路的选择19基于Zview和Origin软件的交流阻抗谱的实验数据处理图4㊀采用等效电路拟合阻抗谱图图5㊀导出拟合数据㊀㊀采用Zview软件可以采用等效电路拟合不同测试温度下的阻抗谱图ꎬ获得的拟合数据保存成txt格式ꎬ然后采用origin作图(图6)ꎮNyquist图是以阻抗虚部(-Zᵡ)为纵坐标ꎬ阻抗实部(Zᶄ)作为横坐标作图ꎬ根据阻抗谱的形状可以进行等效电路拟合ꎬ根据电容的数值范围来区分晶粒㊁晶界和电解质与电极之间的界面响应ꎬ晶粒电阻㊁晶界电阻和界面电阻对应的电容通常分别在10-12~10-10F㊁10-10~10-7Fꎬ10-6~10-3F范围内ꎮ29基于Zview和Origin软件的交流阻抗谱的实验数据处理图6㊀采用origin软件做出不同测试温度下的Nyquist阻抗谱图和等效电路㊀㊀从而得到晶粒电阻(Rb)㊁晶界电阻(Rgb)和界面电阻(Re)ꎮ由图6可以看出随着测试温度的升高ꎬ样品的晶粒电阻(Rb)和晶界电阻(Rgb)逐渐降低ꎬ400~700ħ需要串联上一个电感(Ls)ꎮ图6中的实心圆代表实验数据ꎬ直线为采用等效电路拟合后的结果ꎬ拟合结果与实验数据吻合ꎮ2.2 电导率计算采用图6的拟合数据ꎬ样品的总电阻Rt计算如下:Rt=Rs+Rb+Rgb(1)39基于Zview和Origin软件的交流阻抗谱的实验数据处理再根据电导率(σ)计算公式:σ=LRtS(2)式中ꎬσ为样品的电导率ꎬ单位为S cm-1ꎻL为样品的厚度ꎬ单位为cmꎻR为样品的电阻ꎬ单位为ΩꎻS为垂直于样品厚度方向的面积ꎬ单位为cm2ꎮ计算获得不同温度下样品的电导率数值ꎮ把测试温度以及对应的样品的电导率导入到origin中(图7)ꎬ以测试温度为横坐标ꎬ以电导率为纵坐标作图(图8)ꎮ图7㊀采用origin软件导入温度与电导率数据图8㊀采用origin软件作出电导率与温度的变化曲线图2.3 作图及活化能计算电导率与温度之间的关系通常符合Arrhenius公式:σ=σ0Texp-EαkBTæèçöø÷(3)式中ꎬσ为样品的电导率ꎬ单位为S cm-1ꎻσ0为指前因子ꎬ单位为S cm-1 KꎻEα为样品的电导活化能ꎬ单位为eVꎻkB为玻尔兹曼常数ꎬ为8.61ˑ10-5eV K-1ꎻT为绝对温度ꎬ单位为Kꎮ根据Arrhenius方程对图9进行直线拟合ꎬ得到的直线的斜率(图10)ꎬ根据斜率以及公式(3)计算获得样品电导率活化能为0.67eVꎮ49基于Zview和Origin软件的交流阻抗谱的实验数据处理图9㊀采用origin软件作出Arrhenius图图10㊀Arrhenius图的线性拟合3㊀结㊀论通过Zview软件对SOFC电解质数据进行分析以及Origin软件作图ꎬ可以获得样品的电导率随着温度的升高而增大ꎬ电导率与温度关系符合Arrhenius关系ꎬ活化能为0.67eVꎮ参考文献:[1]㊀曲有鹏ꎬ高珊珊ꎬ吕江维ꎬ等.电化学阻抗技术在微生物燃料电池阻抗测试中的应用[J].实验技术与管理ꎬ2015ꎬ32(7):68 ̄74.[2]㊀MahatoNꎬBanerjeeAꎬGuptaAꎬetal.Progressinma ̄terialselectionforsolidoxidefuelcelltechnology:Areview[J].ProgMaterSciꎬ2015ꎬ72:141 ̄337. 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[7]㊀CesárioMRꎬSavaryEꎬMarinelSꎬetal.SynthesisandelectrochemicalperformanceofCe1-xYbxO2-x/2solide ̄lectrolytes:Thepotentialofmicrowavesintering[J].SolidStateIonicsꎬ2016ꎬ294:67 ̄72.[8]㊀CebolleroJAꎬLahozRꎬLaguna ̄BerceroMAꎬetal.Tailoringtheelectrode ̄electrolyteinterfaceofSolidOx ̄ideFuelCells(SOFC)bylasermicro ̄patterningtoim ̄provetheirelectrochemicalPerformance[J].JPowerSourcesꎬ2017ꎬ360:336 ̄344.[9]㊀HuoDꎬBaldinozziGꎬSiméoneDꎬetal.Grainsize ̄de ̄pendentelectricalpropertiesofLa1.95Sr0.05Zr2O7-δaspotentialProtonCeramicFuelCellelectrolyte[J].SolidStateIonicsꎬ2016ꎬ298:35 ̄43.[10]SunHBꎬRainwaterBHꎬXiongX.Hꎬetal.Interfacialeffectsonelectricalconductivityinultrafine ̄grainedSm0.2Ce0.8O2-δelectrolytesfabricatedbyatwo ̄stepsin ̄teringprocess[J].IntJHydrogenEnergyꎬ2017ꎬ42(16):11823 ̄11829.[11]陈恒杰ꎬ王全武ꎬ张家伟.基于Origin的多种夫兰克 ̄赫兹实验数据处理方式[J].2018ꎬ31(2):96 ̄102. [12]潘超越ꎬ赵翔ꎬ竺江峰.C语言在固体热导等测定实验中的应用[J].大学物理实验ꎬ2017ꎬ30(6):109 ̄112.DataProcessingofACImpedancebasedonZviewandOriginSoftwareXUJia ̄huanꎬGAIZhi ̄qiang(JiangsuUniversityofScienceandTechnologyꎬJiangsuZhenjiang212003)Abstract:TakingSOFCelectrolyteasanexampleꎬmethodsofprocessingandanalyzingtheexperimentaldataofACimpedancewereintroducedbasedonZviewandOrigin8.5.Bulkꎬgrainboundaryandinterfaceresistivitycouldbedistinguishedbyequivalentcircuits.Arrheniusrelation(conductivityvstemperature)couldbeob ̄tained.ItcanprovideaguideforundergraduatestudentsaboutthedataprocessingandanalysisofACimped ̄anceandconductivity.Keywords:ACimpedanceꎻdataprocessingandanalysisꎻOriginsoftwareꎻZviewsoftware69基于Zview和Origin软件的交流阻抗谱的实验数据处理。
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5.即时拟合,也就是为后面的拟合获取初值:
1)这个需要一个一个元件单独进行,如图中1处所标,选中部分准备进行即时拟合;2)这里忘标了,在左上角打框的地方,点击它就是即时拟合了;
3)选择适宜的等效元件,如2处所标识,获得初值
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9.如图,1处是拟合的结果,如果要用数据绘图,则在2处选拟合结果,再点击3处
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相关帖子:【求助】三电极系统加上差示放大器是什么东西?
2006-9-12 20:05:00
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后记:遗憾的是,我所选取的这个数据有问题,因为仪器的缘故,实部被乘了-1,导致拟合出问题。
很久不作这个了,现在不太喜欢用交流阻抗,因为任意性太大。
故此,提醒各位,慎用阻抗!一定要多测,最好系统地测,得到一组数据再慢慢分析,数据能说明你的问题是好事,不能说明也就不必勉强。
在我的理解中,阻抗在很大程度上只能作为辅助手段,用以加强其它测试手段的分析结果。