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[法]伯纳德·特瑞博勒特(Bernard Tribollet) 著;[美]马克·欧瑞姆(Mark E.Orazem) / 化学工业出版社 / 2022-09 / 精装
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电化学阻抗谱(原著第二版)
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。
马克·欧瑞姆(Mark E. Orazem) 美国佛罗里达大学化学工程系知名教授,北京化工大学兼职教授,电化学学会会士,曾担任国际电化学学会主席。荣获2012电化学学会Linford奖,主办了第六届国际电化学阻抗谱会议。长期以来,一直为电化学学会和行业举办电化学阻抗谱相关的培训。伯纳德·特瑞博勒特(Bernard Tribollet) 法国皮埃尔-玛丽.居里大学(现为索邦大学)界面与电化学系统实验室主任、教授,北京化工大学兼职教授。一直从事阻抗谱教学,电化学学会会士,曾担任国际电化学学会财务监事。主办了2010年法国尼斯国际电化学学会年会。
第一部分基础知识 第1章复数002 1.1虚数002 1.2术语002 1.2.1虚数002 1.2.2复数003 1.2.3阻抗谱中的符号规定003 1.3复数运算003 1.3.1复数的乘法与除法004 1.3.2极坐标系中的复数006 1.3.3复数的性质010 1.4复数的初等函数011 1.4.1指数函数011 1.4.2对数函数013 1.4.3多项式014 思考题015 第2章微分方程017 2.1一阶线性微分方程017 2.2二阶齐次线性微分方程020 2.3二阶非齐次线性微分方程022 2.4坐标变换的链式法则025 2.5由相似变换求解偏微分方程027 2.6复数微分方程029 思考题030 第3章统计学032 3.1定义032 3.1.1期望值和均值032 3.1.2方差、标准差和协方差032 3.1.3正态分布035 3.1.4概率035 3.1.5中心极限定理036 3.2误差传递038 3.2.1线性体系038 3.2.2非线性体系039 3.3假设检验041 3.3.1术语041 3.3.2均值的t检验042 3.3.3方差的F检验044 3.3.4拟合度的卡方(χ2)检验048 思考题050 第4章电子电路052 4.1无源电路052 4.1.1电路元件052 4.1.2并联和串联电路055 4.2基本关系056 4.3复杂电路057 4.4等效电路058 4.5电路响应的图形058 思考题059 第5章电化学061 5.1电阻与电化学电池061 5.2电化学系统的极化行为062 5.2.1零电流064 5.2.2动力学控制065 5.2.3混合电位理论066 5.2.4传质控制071 5.3电位的定义074 5.4速率表达式075 5.5传递过程077 5.5.1一次电流与电位分布079 5.5.2二次电流与电位分布079 5.5.3三次电流和电位分布080 5.5.4传质过程控制的电流分布080 5.6电位作用081 5.6.1欧姆电位降081 5.6.2表面过电位082 5.6.3浓度过电位082 5.7电容作用083 5.7.1双电层电容084 5.7.2介电电容085 5.8相关阅读资料086 思考题086 第6章电化学仪器087 6.1理想运算放大器087 6.2电化学仪器组件088 6.3电化学界面089 6.3.1恒电位仪089 6.3.2恒电流仪090 6.3.3电化学阻抗谱测试的恒电位仪090 思考题091 第二部分实验设计 第7章实验方法094 7.1稳态极化曲线094 7.2电位阶跃的暂态响应094 7.3频域分析095 7.3.1Lissajous图分析096 7.3.2相位检测(锁相放大器)100 7.3.3单频率傅里叶分析101 7.3.4多频率傅里叶分析103 7.4测量技术的对比103 7.4.1Lissajous图分析法103 7.4.2相位检测技术(锁相放大器)103 7.4.3单频率傅里叶分析法103 7.4.4多频率傅里叶分析法104 7.5特殊测量技术104 7.5.1传递函数分析104 7.5.2局部电化学阻抗谱104 思考题107 第8章实验设计109 8.1电解池设计109 8.1.1参比电极109 8.1.2流场构型110 8.1.3电流分布111 8.2实验注意事项112 8.2.1频率范围112 8.2.2线性条件112 8.2.3调制技术118 8.2.4示波器120 8.3仪器参数120 8.3.1提高信噪比120 8.3.2降低偏移误差121 8.3.3增大信息量122 思考题123 第三部分过程模型 第9章等效电路模拟126 9.1一般方法126 9.2电流加法127 9.2.1在腐蚀电位下的阻抗127 9.2.2部分覆盖电极128 9.3电压加法130 9.3.1单层惰性多孔膜电极131 9.3.2双层惰性多孔膜电极131 思考题133 第10章动力学模型134 10.1通用数学式134 10.2电化学反应135 10.2.1仅与电位有关的反应135 10.2.2受电位和浓度控制的反应138 10.3多重独立的电化学反应145 10.4耦合电化学反应147 10.4.1受电位和表面覆盖率控制的电化学反应147 10.4.2受电位、表面覆盖物和浓度控制的反应151 10.5电化学和非均相化学反应153 思考题158 第11章扩散阻抗160 11.1均匀电极160 11.2多孔膜161 11.2.1有电活性物质交换的扩散过程161 11.2.2无电活性物质交换的扩散过程166 11.3旋转圆盘169 11.3.1流体流动169 11.3.2稳态传质170 11.3.3对流扩散阻抗172 11.3.4解析解和数值解173 11.4浸没喷射176 11.4.1流体流动176 11.4.2稳态传质177 11.4.3对流扩散阻抗177 11.5旋转圆柱178 11.6多孔膜电极180 11.6.1稳态解181 11.6.2耦合扩散阻抗184 11.7均相化学反应的阻抗185 11.8动态表面膜194 11.8.1盐膜层中的传质195 11.8.2电解质中的传质196 11.8.3非稳定膜的厚度198 11.8.4法拉第阻抗199 思考题201 第12章材料阻抗203 12.1材料的电性质203 12.2均匀介质的介电响应204 12.3Cole-Cole模型205 12.4几何电容205 12.5绝缘非均匀介质的介电响应207 12.6Mott -Schottky分析207 思考题212 第13章时间常数的弥散效应213 13.1传输线模型213 13.1.1电报员方程式214 13.1.2多孔电极215 13.1.3孔内微孔模型220 13.1.4薄膜层电池223 13.2几何效应引起的电流和电位分布225 13.2.1数学推导226 13.2.2数值计算法228 13.2.3高频下的复欧姆阻抗229 13.2.4高低频下的复欧姆阻抗232 13.3电极表面特性分布234 13.3.1电极表面粗糙度234 13.3.2电容242 13.3.3反应性能248 13.4频率弥散的特征尺寸248 13.5微电极的对流扩散阻抗249 13.5.1解析249 13.5.2局部对流扩散阻抗250 13.5.3总对流扩散阻抗252 13.6充电电流与法拉第电流的耦合253 13.6.1理论进展254 13.6.2数值计算法258 13.6.3法拉第电流与充电电流的耦合作用259 13.7电阻率的指数分布262 思考题264 第14章常相位角元件267 14.1CPE的数学公式267 14.2CPE的时间常数分布267 14.3CPE的起源270 14.4物理特性的导出方法271 14.4.1简单替换法272 14.4.2特征频率:法向分布272 14.4.3特征频率:表面分布273 14.4.4幂律分布275 14.5CPE应用的限制性282 思考题283 第15章广义传递函数284 15.1多路输入/输出系统284 15.1.1电流或电位为输出变量287 15.1.2电流或电位为输入变量288 15.1.3实验变量289 15.2仅有电气变量的传递函数289 15.2.1环 -盘阻抗测试290 15.2.2双电层的多频测试291 15.3非电气变量的传递函数293 15.3.1热电化学(TEC)传递函数293 15.3.2光电化学阻抗测试296 15.3.3电重量阻抗测试297 思考题298 第16章电流体动力学阻抗299 16.1流体动力学传递函数300 16.2传质过程的传递函数303 16.2.1施密特数较大时的近似解305 16.2.2高频区的近似解306 16.3简单电化学反应动力学的传递函数307 16.4二维或三维绝缘相界面307 16.4.1局部覆盖电极308 16.4.2多孔膜覆盖的旋转圆盘电极309 思考题315 第四部分解析方略 第17章阻抗表示方法318 17.1阻抗谱图319 17.1.1复平面阻抗图320 17.1.2Bode图322 17.1.3欧姆电阻校正图324 17.1.4阻抗谱图325 17.2导纳谱图326 17.2.1导纳平面图327 17.2.2导纳图328 17.2.3欧姆电阻校正图329 17.3复容抗图330 17.4有效电容333 思考题335 第18章图解法337 18.1Nyquist 图法337 18.1.1特征频率338 18.1.2叠加法341 18.2Bode图法343 18.2.1欧姆电阻对相位角的校正344 18.2.2欧姆电阻对模值的校正344 18.3阻抗虚部图法344 18.3.1 斜率的计算345 18.3.2 导数的计算345 18.4无量纲频率图法346 18.4.1传质过程346 18.4.2几何效应346 18.5特别应用349 18.5.1有效CPE系数349 18.5.2低频传质过程的渐进特性353 18.5.3Arrhenius叠加354 18.5.4Mott -Schottky平面图356 18.5.5高频Cole -Cole图357 18.6综述357 思考题358 第19章复变非线性回归360 19.1概念360 19.2目标函数361 19.3回归方法362 19.3.1线性回归362 19.3.2非线性回归363 19.4非线性问题的回归方略364 19.4.1Gauss -Newton法365 19.4.2Steepest Descent法365 19.4.3Levenburg -Marquardt法365 19.4.4Downhill Simplex法365 19.5数据质量对回归的影响366 19.5.1数据随机误差的影响367 19.5.2随机噪声引起的病态回归367 19.5.3范围不足引起的病态回归368 19.6回归初始的估计值370 19.7回归统计370 19.7.1参数估计的置信区间371 19.7.2回归质量的统计方法371 思考题371 第20章回归质量的评估373 20.1评估回归质量的方法373 20.1.1定量法373 20.1.2定性法374 20.2回归概念的应用374 20.2.1有限扩散长度模型375 20.2.2度量模型378 20.2.3对流扩散长度模型380 思考题384 第五部分统计分析 第21章阻抗测量的误差结构386 21.1误差的影响386 21.2阻抗测量的随机误差386 21.2.1时域信号的随机误差386 21.2.2时域到频域的转换388 21.2.3频域的随机误差390 21.3偏移误差391 21.3.1仪器失真391 21.3.2研究系统的附属部分391 21.3.3非稳态行为392 21.3.4阻抗谱测试的时间控制392 21.4误差结构的合并394 21.5度量模型对误差的识别395 21.5.1随机误差396 21.5.2偏移误差398 思考题403 第22章Kramers-Kronig关系404 22.1应用方法404 22.1.1K-K关系的直接积分405 22.1.2一致性的实验评估405 22.1.3过程模型的回归406 22.1.4度量模型的回归406 22.2数学原理407 22.2.1基础知识407 22.2.2Cauchy定理的应用410 22.2.3实部转换虚部410 22.2.4虚部转换实部412 22.2.5K -K关系的应用413 22.3期望意义上的K -K关系414 22.3.1实部转换虚部414 22.3.2虚部转换实部415 思考题416 第六部分综述 第23章阻抗谱的综合分析方法418 23.1回归分析的流程图418 23.2测量、误差分析与模型的一体化419 23.2.1结合误差分析的阻抗测试419 23.2.2基于观察建立过程模型420 23.2.3误差结构的回归分析420 23.3应用420 思考题424 第七部分参考资料 附录A复积分428 A.1术语定义428 A.2Cauchy -Riemann条件430 A.3复积分431 A.3.1Cauchy定理431 A.3.2有理函数的广义积分434 思考题435 符号目录437 参考文献445
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开播时间:09月02日 10:30