Решение обратной электротехнической задачи в материаловедении: обобщенная модель Войта
Автор: Секушин Н.А.
Журнал: Известия Коми научного центра УрО РАН @izvestia-komisc
Статья в выпуске: 6 (52), 2021 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена теоретическим основам низкочастотной электромагнитной спектроскопии, используемой для исследования материалов, биологических объектов, электрохимических систем.Описана методика построения электрической модели образца в виде классической и обобщеннойсхем Войта. Показано, что анализ геометрическойформы экспериментального годографа импедансапозволяет определить количество звеньев схемыВойта, а также оценить значения параметров каждого звена. Рассмотрены способы перехода от параметров эквивалентной схемы (ЭС) к электрическим характеристикам объема материала. Предложены три новые интегральные характеристикинеоднородной среды, в ЭС которых присутствуютэлементы постоянной фазы.
Импеданс спектроскопия, эквивалентные схемы, двухполюсники, модель войта, элемент постоянной фазы, мнимая импеданс частотная характеристика
Короткий адрес: https://sciup.org/149139338
IDR: 149139338 | УДК: 53.072.13:621.372.41 | DOI: 10.19110/1994-5655-2021-6-79-85
Solving the inverse electrical problem in materials science: generalized Voight model
This work deals with the theoretical foundationsof high-frequency impedance spectroscopy used forthe study of functional polycrystalline materials. Amethod for constructing an electrical model of asample in the form of a classical and generalizedVoight scheme is described. The impedance hodograph of the classical Voight scheme is an overlay ofsemicircles, from which geometric dimensions it ispossible to determine the parameters of the equivalent scheme. It is shown that for inhomogeneousmaterials, the considered semicircles are rotated relative to the origin of the complex plane and shiftedhorizontally. To model such systems, it is necessaryto use a generalized Voight scheme, in which thecapacitors are replaced with elements of a constantphase. The ways of transition from the “inconvenient” parameters of such two-poles to the electricalcharacteristics of the material volume are considered. Three new integral characteristics of an inhomogeneous medium are proposed: the peak parameters on the imaginary impedance frequency characteristic (the frequency of the impedance resonanceand the half-width of the peak). Both values canbe determined without measuring the geometric dimensions of the sample. In addition, the “dielectricloss correction factor” has been introduced, whichaffects the horizontal offset of the impedance frequency response.
Список литературы Решение обратной электротехнической задачи в материаловедении: обобщенная модель Войта
- Расчет электронных схем. Примеры и задачи / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, МА. Терехов, (15) МА. Ожогин, В.Н. Серов. М.: Высшая школа, 1987. 335 с.
- Электрохимический импеданс / З.Б. Стойнов, Б.М. Графов, Б. Саввова-Стойнова, В.В. Елкин. М.: Наука, 1991. 336 с.
- Определение вида распределения релаксаторов методом экстраполяции / А.С. Богатин, Е.В. Андреев, СА Ковригина, ЮА Игнатова, В.Н. Богатина, А.Л. Буланова // Известия Российской Академии наук. Серия физическая. 2016. Т. 80, № 11. С. 1519-1521.
- Grimnes S, Martinsen O.G. Bioimpedance and bioelectricity basics. Academic Press, 2000. 360 p.
- Barsoukov E, Macdonald J.R. Impedance spectroscopy: theory, experiment and application. Wiley-Interscience, 2005. 606 p.
- Lasia A. Electrochemical impedance spectroscopy and its applications. New York: Springer Science+Business Media, 2014. 369 p.
- Секушин НА. Математическая эквивалентность моделей Максвелла и Войта // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2019. № 1(37). C. 127134.
- Секушин Н.А. Универсальная эквивалентная схема электрохимической ячейки // Электрохимия. 2009. Т. 45, № 3. C. 372-377.
- Sekushin NA, Koksharova LA, Zhuk NA. Impedance spectroscopy of CaCu^Ti^O^ // Letters on Materials. 2020. Vol. 10, No. 1. P. 72-77.
- Sekushin N.A., Koroleva M.S. Electronic-ionic processes in Bi2Cuo)5Mgo)5Nb2Og with pyrochlore structure // Russ. J. Electrochem. 2018. Vol. 54, No. 9. P. 714-722.
- Purcell E. Electricity and magnetism. Volume 2. Berkeley physics course. Mcgraw-hill book company, 1965.