Impedansspektrum

Impedansspektrum är fördelningen av en systems elektriska impedans över ett intervall av frekvenser och används inom impedansspektroskopi. Vid impedansspektroskopi appliceras en liten växelspänning eller växelström och systemets komplexa impedans Z(jω) avläses som funktion av angular frequency ω. Resultatet representeras ofta som ett spektrum där impedansen visas som funktion av frekvensen.

Vanliga sätt att visa impedansspektrumet är Nyquist-diagram, där den imaginära delen av impedansen (Z'') plottas mot den reala delen (Z'), och Bode-diagram, där storleken |Z| och fasvinkel φ plottas mot frekvensen. Nyquist-diagram kanvisa karakteristiska halvcirklar eller linjer som speglar olika processer i systemet, såsom krafthandling vid gränssnitt, skiktbildning och diffusion.

Användningsområden för impedansspektrum sträcker sig över flera fält. Inom elektrokemi används tekniken för att studera gränssnitt, koldiffusion, laddnings-/ avladdningsprocesser i batterier, bränsleceller och korrosion. Inom materialvetenskap och elektronik används spektrumet för att karakterisera elektroder, isolering, källor till förluster och diffusive fenomener i olika material. Inom biomedicin används impedance spectroscopy för att undersöka biologiska vävnader och cellkulturer, ofta som ett icke-invasivt mått på tjocklek, täthet eller tillstånd hos vävnaden.

Tolkning av impedansspektrumet bygger vanligtvis på motsvarande elektroniska kretsmodeller som består av resistor-, kapacitor- och induktor-element samt diffusionselement. Att teckna och passa data till dessa modeller gör att man kan extrahera helhetsparametrar som motsvarar olika fysikaliska processer, men tolkningen kan vara icke-unik och kräver ofta kompletterande kunskap om systemet.