Использование электрохимического оборудование AMETEK Scientific Instruments

АMETEK Scientific Instruments предлагает различные приложения для исследования коррозии, накопления энергии, общей и физической электрохимии, материаловедения и физики.

Общая и физическая электрохимия

Общая и физическая электрохимия охватывает многие области исследования. Сюда входят такие сферы как фундаментальная физическая электрохимия, где основное внимание уделяется кинетике и термодинамике реакций переноса электронов, нанотехнологиям или исследованиям, проведенным на наномасштабе, и электроанализу, предусматривающему использование электрохимических процессов для количественного определения анализируемого компонента.

Электрохимические сенсоры

Электрохимические датчики являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, составляя самый большой процент всех датчиков. Механизмы зондирования основаны на различных методах электрохимического обнаружения, начиная от амперометрии и заканчивая анализом электрохимического импеданса. Многие приложения являются биохимическими и биомедицинскими, где часто используется более общий термин – биосенсоры. Самый известный электрохимический датчик на сегодняшний день – это самоконтролируемый глюкометр, который используется для помощи диабетикам в контроле уровня глюкозы в крови.

Спектр применения электрохимических датчиков, используемых и/или разрабатываемых, далековато. Некоторые примеры включают датчики газа, используемые в домах для обнаружения СО, датчики тяжелых металлов для анализа качества воды и датчики углеводородов, алкоголя и кетонов для измерения деградации моторного масла. Дополнительные примеры применения электрохимических датчиков включают в себя:

    Биологическая/химическая (национальная безопасность)

    Мониторинг пищевых продуктов

    Медицинская диагностика

    Производство

    Автоматизация

    Мониторинг окружающей среды/дома

Независимо от метода обнаружения, развития и использования их в качестве преобразователей продолжают расширяться. Разработка и оптимизация любого электрохимического датчика начинается с подтверждения концепции, после чего разрабатывается прототип, увеличивается масштаб и коммерциализируется. Princeton Applied Research и Solartron Analytical предлагают возможности и производительность, необходимые для каждого шага этого процесса. Будь то возможности измерения низкого тока для определения минимального предела обнаружения, такие как предусмотренные VersaSTAT 4 или EchemLab XM, или многоканальная платформа для анализа высокой пропускной способности, такая как имеющаяся в линейке продуктов PARSTAT MC, Princeton Applied Research и Solartron Analytical имеют инструменты, необходимые исследователям для разработки и усовершенствования этих приборов, улучшающих жизнь.

Нанотехнологии

За последние десятилетия наблюдается ускоренный прогресс в области нанотехнологий, что дает ученым и инженерам возможность синтеза, манипулирования, изображения и обнаружения материалов на наномасштабе. В области электрохимии нанотехнология привела к созданию нового класса электродов, начиная от наноструктурированного углерода, включая нанотрубки, нановолокна и графен, до трехмерных электродных решеток и нанозондов. Этот новый класс электродных материалов привел к разработке нано-аккумуляторов, повышающих проводимость и диффузию ионов, имеющих улучшенную чувствительность наносенсоров in vivo, и нанопленки, уменьшающие локализованную коррозию.

Princeton Applied Research и Solartron Analytical имеют широкий спектр потенциостатов/гальваностатов, позволяющих выращивать и изучать наноструктуры и устройства на основе нано. Например, создание собственных сигналов для электроосаждения нанопленок с помощью импульсного покрытия или необходимость высокоточных измерений сверхнизкого тока (пикоампер и фемтоампер) для характеристики нанозонда.

Количественный анализ методом электролиза

Электроаналитическая химия изучает концентрацию анализируемого компонента путем измерения напряжения и/или тока в электрохимической ячейке. Три основных используемых метода - потенциометрия (измерение напряжения между двумя электродами), кулонометрия (измерение тока ячейки против времени и фиксированного потенциала) и потенциометрия (измерение тока ячейки относительно изменения напряжения ячейки. Все потенциостаты Princeton Applied Research and Solartron Analytical подходят для этого. того, эти системы могут совмещаться с посторонними электродами, такими как падающий ртутный электрод для исследований концентрации анализируемого компонента.

Электросинтез

Использование электрохимических систем для синтеза соединений осуществляется уже более столетия. Пожалуй, самой известной из них является реакция Кольбе-Шмидтта – димеризация двух карбоновых кислот.

Электросинтез обычно производится в неводных средах. Высокая стойкость органических систем требует высокого напряжения потенциостата. Princeton Applied Research и Solartron Analytical предлагают несколько продуктов, идеально подходящих для этой задачи. Системы PARSTAT 4000A и ModuLab XM ECS обладают высоким максимальным напряжением и превосходной чувствительностью к току благодаря встроенным цифровым методам кулометрии для определения выхода продукта.

Электроосаждение

Методы осаждения, основанные на электрохимии, практикуются уже больше ста лет. Сегодня ученые и инженеры исследуют использование точно контролируемых электрохимических методов и систем осаждения материалов для производства микро- и нано структурированных материалов. В дополнение к широкому диапазону потенциостатов Princeton Applied Research предлагает сканирующую электрохимическую микроскопию (SECM), которая была использована для изготовления тонко и точно контролируемых схем микроосаждения для различных применений.

АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ

Solartron Analytical предлагает ряд интегрированных решений, позволяющих исследователям измерять сочетание электрических, тепловых и механических свойства материалов. Тестирование в широком диапазоне температур от -268 до >1200°C упрощается с помощью программного обеспечения для ПК со встроенными средствами контроля температуры. Печи и криостаты с дистанционным управлением со специально предназначенными держателями образцов упрощают испытание твердых веществ, жидкостей и порошков. Материалы можно также испытывать в специализированных атмосферных условиях с использованием одиночных или двойных газов для топливных элементов, твердых оксидов и суперионных проводников.

Керамика

Керамические материалы используются во многих областях применения, где требуется работа при высоких температурах - аэрокосмическая промышленность (лопатки турбины двигателя, тепловые экраны), материалы топливных элементов SOFC, форсунки двигателей, датчики, дисковые тормоза и т.д. Кроме того, существует много применений в электронике (изоляторы и диэлектрики), биоимплантатах и ​​т.д.

Спектр оборудования Solartron Analytical для испытаний материалов идеально подходит для характеристики высокотемпературных и низкотемпературных керамических и электрокерамических материалов. Ключевыми элементами тестирования являются диапазон частот, диапазон импеданса/диэлектрической проницаемости/емкости, который можно измерить, точность измерений (особенно на экстремальных уровнях импеданса), контроль приложенной температуры и использование соответствующих держателей образцов.

Методы: I-V, C-V, impedance, capacitance, permittivity, диэлектрическая constant/loss, grain size, AC conductivity

Твердооксидные топливные элементы (SOFC-Solid-oxide fuel cells), аккумуляторы, датчики, датчики кислорода, твердые электролиты

Типы: тонкая пленка, стабилизированный цирконий (YSZ Yittria), твердый электролит из бета-оксида албминия, перовскотная керамика

Диалектрики

Диэлектрические материалы – это электрические изоляторы, которые способны сильно поляризоваться электрическим полем (это выражается как диэлектрическая проницаемость материала). Заряды в диэлектрических материалах могут быть смещены из положения равновесия электрическим полем. После удаления электрического поля материал возвращается в исходное состояние и время, необходимое для этого, называется периодом релаксации, который является характеристикой диэлектрического материала. Типичные испытания включают применение разного электрического поля (форма волны переменного тока) и контроль релаксации материала в зависимости от диэлектрической проницаемости (емкости и проводимости) по сравнению с приложенной частотой переменного тока.

Диэлектрические материалы используются во многих приложениях, таких как:

Электронные компоненты, такие как конденсаторы

Материалы с высоким K/низким K, широко используемые в полупроводниках для повышения производительности и уменьшения размера устройства (где K означает диэлектрическую проницаемость или диэлектрическую проницаемость)

Диэлектрические материалы также используются в дисплеях (например, ЖК-дисплеи жидкокристаллические)

Пьезоэлектрики / ферроэлектрики / MEMs

Керамика и полимеры также часто проявляют диэлектрические свойства.

Технологии отображения

Новые технологии отображения позволяют добиться значительных успехов в развитии портативных компьютеров, мобильных телефонов, гибких/прозрачных дисплеев, сенсорных панелей и легких телевизоров с тонким экраном. Для мобильных устройств постоянно достигается улучшенное время автономной работы (низкая мощность), уменьшенный вес и более яркие экраны, а новые технологии отображения, включая OLED и AMOLED, обеспечивают улучшенную производительность по сравнению с дисплеями предыдущего поколения. Новые технологии, в том числе OLED, также разрабатываются для замены лампочки накаливания более эффективными и долговечными источниками света, позволяя более разнообразный контроль освещения помещений и цветов, а новые технологии распространяются на автомобильное и уличное освещение.

Техника: I-V, fast pulse, J-L-V, C-V, емкость, импеданс, Мот-Шотки

Применение: деградация девайса, мобильность, концентрация носителей заряда, обедненный слой, время эксплуатации прибора и чистота материала/дефекты

Типы: OLED, LED, LCD, AMOLED, PLED, Перовскот, квантовые точки, гибкие дисплеи

Сегнетоэлектрические материалы

Сегнетоэлектрики обладают пьезоэлектрическими свойствами, но кроме того демонстрируют спонтанную обратимую поляризацию при применении электрического поля, и поэтому широко используются в полупроводниковых тонкопленочных устройствах памяти (FRAM). Сегнетоэлектрики также проявляют нелинейную диэлектрическую проницаемость (емкость) как функцию приложенного электрического поля, что делает их очень полезными в электронных приложениях, включая регулируемые конденсаторы. Другие применения включают датчики, ультразвук, эхолоты/сонары, микроприводы, инфракрасные датчики

Энергетические устройства и ионные проводники

Ионные проводники используются в широком диапазоне энергетических устройств, включая твердотельные батареи, суперконденсаторы и топливные твердооксидные элементы, а также во многих типах датчиков. Тонкопленочные материалы (например, YSZ-иттрий стабилизированный оксид циркония) обеспечивают ионную проводимость, блокируя электропроводность, которая создает короткое замыкание устройства. Температура является важным фактором для этих материалов, поскольку ионная проводимость растет с увеличением температуры (в отличие от уменьшающейся электропроводности с увеличением температуры). Поэтому испытательные системы должны включать широкий диапазон электрических и температурных возможностей.

Спектр оборудования для испытаний материалов Solartron Analytical идеально подходит для характеристики суперионных проводников/твердых электролитов. Ключевыми элементами тестирования являются диапазон частот, диапазон электрического стимула, диапазон импеданса/диэлектрической проницаемости/емкости, который можно измерить, точность измерений (особенно на экстремальных уровнях импеданса), контроль приложенной температуры и использование соответствующих держателей образцов.

Наноэлектромеханические системы

Наноматериалы

Органическая электроника

Пезоэлектрические материалы

Полупроводники и органические полевые транзисторы

MEM и NEM

Методы: I-V, C-V, P-E, сопротивление, емкость, проницаемость, диэлектрическая проницаемость/потери, размер зерна, пороги поляризации, проводимость переменного тока

Применение: память ПК, FeRAM, приводы, акселерометры, микрофоны, струйные головки, датчики

Типы: сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, МЭМ, НЭМ, мультиферроики, тонкая пленка, PZT, титанат бария, перовскит.

MEM и NEM (микро/нано электромеханические системы) позволяют объединить многие функции, включая функции из пьезо/сегнетоэлектрических материалов, в единое устройство. Примеры включают в себя трехмерные гироскопы и акселерометры, используемые в новейших игровых машинах и ручных контроллерах, а также в военных и аэрокосмических инерционных системах наведения.

Solartron Analytical предоставляет следующие тестовые системы для характеристики этих материалов:

- Тестовая система ModuLab XM MTS обеспечивает полную характеристику временной области и устройства переменного тока, используя широкий спектр опций "Plug and Play"

- Фазоанализатор коэффициента усиления импеданса модели 1260A широко упоминается в публикациях и способен проверять емкость/C-V/импеданс/Мотта-Шоттки от 10 мкГц до 32 МГц (частота свыше 12 десятилетий), что позволяет полной характеристикой диэлектрических материалов.

- Диэлектрическая интерфейсная система модели 1296A расширяет диапазон импеданса 1260А до более чем 100 ТОм для тестирования керамических изоляторов и диэлектриков, а также обеспечивает большую величину и точность фаз с помощью методов выборки/эталона, уменьшая погрешности через кабели.

- Варианты контроля температуры, включая криостаты и печи, доступны со всеми вышеуказанными системами измерения, которые обеспечивают автоматический контроль температуры образца на ПК и позволяют полностью охарактеризовать материал.

Наноматериалы

Наноматериалы - это металлы, керамика, полимеры или композитные материалы, которые имеют размеры частиц в несколько нанометров. Благодаря этому небольшому размеру такие материалы имеют следующую особенность – большая часть атомов расположена вблизи границ разделения, например границы зерен. Таким образом получают материалы с очень разными свойствами по сравнению с классическими материалами. Например, разрабатываются наноматериалы, сочетающие существующую керамику, полимеры и т.п. с наноструктурами для получения композитов с удивительными механическими, термическими и электрическими свойствами.

Существует много различных применений – полупроводники/электроника, миниатюрные батареи, солнечные батареи, покрытия, медицина и сверхпроводимость. Их свойства разнообразны, и потому для оценки этих новых материалов необходим широкий диапазон испытаний.

Ассортимент оборудования для испытания материалов Solartron Analytical хорошо подходит для диапазона экстремальных измерений, которые часто необходимы для характеристики наноматериалов. Ключевыми элементами тестирования являются диапазон частот, диапазон электрических раздражителей (electrical stimulus), пределы импеданса/проницаемости/емкости, которые можно решить, точность измерений (особенно на крайних уровнях импеданса), контроль температур и использование соответствующих держателей для образцов.

Органическая электроника (полимерная электроника)

В последние годы органические материалы интенсивно разрабатываются для широкого круга рынков от электронных дисплеев (телевизоры, ПК, мобильные телефоны, планшеты) до домашнего, коммерческого, автомобильного и уличного освещения. Эти материалы очень тонкие, обеспечивая значительно меньшую толщину и вес изделия, потребляют гораздо меньше энергии (длительный режим работы от батареи) и относительно просты в изготовлении. Их можно использовать для гибких электронных устройств и даже прозрачных дисплеев (панели автомобильных дисплеев). На основе этих материалов могут быть созданы яркие дисплеи с высоким коэффициентом контрастности, что делает их полезными для использования на улице. Новые технологии, включая OLED, разрабатываются, чтобы заменить лампы накаливания более эффективными и долговечными источниками света.

Пьезоэлектрики

Пьезоэлектрики – это материалы, которые накапливают заряд как функцию механического напряжения, а также действуют в обратном порядке, изменяя размеры в зависимости от прилагаемого электрического поля. Существует множество применений для этих материалов, включая микрофоны мобильных телефонов, динамики, приводы, головки струйных принтеров, датчики подушек безопасности, акселерометры, системы наведения, гироскопы, акселерометры и т.д. Solartron Analytical предоставляет следующие тестовые системы для определения характеристик этих материалов: тестовая система ModuLab XM MTS, фазовый анализатор импеданса 1260A, система диэлектрического интерфейса модели 1296A. Опции контроля температуры, включая криостаты и печи, доступны со всеми вышеперечисленными системами измерения, которые обеспечивают автоматический контроль температуры образца с ПК и позволяют проводить полную характеристику материала.

Полупроводники и органические полевые транзисторы

Полупроводники – это приборы, которые изменяют удельное сопротивление в зависимости от приложенного электрического поля и применяются в ПК, выпрямителях, солнечных элементах, усилителях и т.д. Свойства полупроводниковых материалов резко изменяются в зависимости от концентрации примесей (легирующих веществ). Введение небольшой концентрации легирующих веществ значительно увеличивает количество носителей заряда, доступных для электропроводности. Электрические тесты широко используются для проверки концентрации зарядных носителей, подвижности носителей заряда, соотношения токов включения/выключения и порогового напряжения. Органические полупроводниковые материалы в настоящее время вызывают большой интерес (например OFET (Organic Field Effect Transistor)) из-за их потенциала для крупномасштабного/дешевого производства с использованием технологии печати. OFET можно наносить на легкие, прозрачные, гибкие пластиковые подложки, что дает возможность для нового поколения недорогих потребительских товаров.

Анализ передаточной функции

Используемые техники: частотная характеристика, функция переноса, спектральный анализ, корреляция, анализ гармонических колебаний, гармонический анализ, импеданс.

Анализ частотной характеристики (анализ функции переноса или анализ спектра) измеряет исходный спектр системы относительно возбудителя и используется для характеристики проверяемой динамики системы. Этот метод измеряет амплитуду и фазовую связь между выходными и входными сигналами в качестве функции частоты. Входные сигналы могут поступать от широкого диапазона датчиков, включая акустические (микрофоны/сонар), механические (акселерометры/преобразователи смещения), оптические (фотодетекторы) и электронные/электрические (усилители, фильтры). Применения, в которых используется эта мощная техника, включают в себя электрохимическую спектроскопию импеданса (EIS), анализ материалов, проектирование аэрокосмической системы управления, разработку электронного усилителя, проектирование источника питания и анализ вибрации.

КОРРОЗИЯ

Коррозия – это известная электрохимическая реакция. В общем случае металл окисляется и, таким образом, переходит из твердого в жидкое (ионное) состояние, в результате чего твердый образец теряет массу. Около 3% валового внутреннего продукта (ВВП) США ежегодно тратится на борьбу с последствиями этого, на первый взгляд, простого процесса коррозии. Коррозия оказывает особое влияние на нефтехимические компании, прокачивающие горячую нефть через трубопроводы; морской и речной флоты тратящие миллиарды долларов на корабли постоянно эксплуатируемые в море; инженерно-строительные компании проектирующие мосты; автомобильную промышленность, поскольку автомобили находятся под влиянием дорожных солей или гальванических пар; медецину – поскольку ученые постоянно разрабатывают материалы для имплантов и замены суставов, которые сотнями ежедневно имплантируют людям в больницах. Коррозия является настоящей мировой проблемой, последствия которой следует учитывать всякий раз, когда любая металлическая конструкция вводится в эксплуатацию.

Металлы без покрытий

Это приложение предназначено для оценки материалов без покрытий, как правило обычных сталей, в известных условиях эксплуатации. Часто это связано с разработкой и испытанием ингибиторов корозии. Наиболее распространенными тестами, проводимыми исследователями, являются диаграма Тафеля (ASTM G5), линейная поляризация (ASTM G59) и электрическая импедансная спектроскопия (EIS).

Динамический диапазон тока и возможность измерения низкого тока определяют, насколько хорошо потенциостат измеряет скорость электрохимической коррозии. Измерение малых токов является основной характеристикой потенциостата так как малые токи соответствуют низкой скорости коррозии. Также маленькие электроды, даже при умеренной плотности тока, могут генерировать слабый ток. Наши приборы изначально обеспечивают как точность, так и разрешение; опции оборудования VersaSTAT-LC (Princeton Applied Research) и ModuLab Femto Ammeter (Solartron Analytical) являются лидерами в данной области.

Диапазон напряжения — это мощность, которую потенциостат может выдать для управления электрохимической ячейкой. Для резистивных электролитов, таких как те, которые иногда встречаются в масле, бетоне или почве, может потребоваться потенциостат способен преодолевать эти резистивные среды. ModuLab XM с HV100 имеет лучшее в отрасли номинальное напряжение 100 Вольт. PARSTAT 4000A соответствует 48 В, чего часто бывает достаточно.

Нередко случается что образци имеют высокую емкость из-за их размера или окисленного покрытия. Дополнительные фильтры и диапазоны в VersaSTAT 4, PARSTAT-line и ModuLab XM предоставляют больше аппаратных возможностей для выбора наилучшей возможной конфигурации для испытаний образцов.

Электрохимическая ячейка K0047 используется во многих лабораториях по всему миру для проведения испытаний на коррозию. Эта ячейка была разработана в соответствии с несколькими наиболее популярными стандартами ASTM для испытаний на электрохимическую коррозию.

Покрытия

Гальваническая коррозия

Эта программа нацелена на оценку двух металлов, которые находятся в контакте во время эксплуатации. Под воздействием электролита один из металлов (более «активный») подвергается коррозии и защищает более «благородный». Амперметр нулевого сопротивления (ZRA) контролирует, чтобы два электрода имели равный потенциал – это имитирует их состояние при контакте. Направление потока тока определяет, какой образец активен; а величина тока определяет уровень активности. Чаще этот режим используют для исследования разнородных металлов и называют ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ КОРРОЗИЕЙ. Поскольку коррозия является неравномерным процессом, тот же принцип применим к двум секциям одного металла. Этот эксперимент (ELECTROCHEMICAL NOISE) оценивает влияние случайных локализованных атак, заставляющих эти два идентичных материала переходить в разное состояние. Оба действия доступны на платформе VersaStudio Princeton Applied Research в разделе «Коррозия», а также на потенциале VersaSTAT-300 и всей семье PARSTAT. ModuLab XM Solartron Analytical использует низкий уровень шума и опции фильтров для обеспечения высокой производительности в конфигурации ZRA. Техники сканирования, доступные на платформе VersaSCAN, предоставляют локальную информацию об электрохимическом взаимодействии на поверхности образца. Техника SVET уникально подходит для изучения влияния гальванических пар или сварных швов путем изображения полей напряжения в растворе, непосредственно коррелирующих с местными анодами/катодами. Две плоские ячейки K0235 можно собрать вместе как удобную тестовую ячейку для экспериментов с ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ КОРРОЗИЕЙ или ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ШУМОМ.

Водородное охрупчивание

Водородное охрупчивание - это явление, которое вносит дефекты вследствие проникновения водорода и накопления водорода в объеме материала сплава. Водород встречается во время электрохимических процессов, таких как гальваническое покрытие, коррозия или катодная защита. Водород имеет тенденцию накапливаться в зонах высокой нагрузки и может достигать критической концентрации, вызывая появление трещин, что нарушает механическую целостность конструкции. Испытание описано в ASTM G148. Электрохимическая ячейка, используемая для этого типа эксперимента, является так называемой ячейкой проникновения Деванатана-Стахурского. Ячейка состоит из двух отдельных электролитических ячеек, заполненных раствором электролита, разделенных мембраной, изготовленной из исследуемого материала. К образцу (мембране) необходимо подключить два потенциала, поэтому необходимо использовать плавающие потенциалы. «Плавающие» потенциалы изолированы от заземления. Это позволяет использовать их для исследования заземленных электродов или растворов (таких как автоклав или арматура). Несколько точек заземления могут создавать заземляющие контуры, которые могут вызывать колебания и получать ненадежные и непредсказуемые данные. PARSTAT4000A, VersaSTAT3F, PARSTAT MC и ModuLab XM могут работать в «плавающем» или «изолированном» режиме. Мы рекомендуем использовать наш VersaStats для этого приложения. Со стороны генератора (производство водорода – катодный отсек) не нужно иметь высокочувствительный инструмент. На стороне детектора (анодный отсек) необходимо обнаружить небольшое количество водорода, проникающего через мембрану. Подходящий ток будет достаточно низким. Для этого отсека требуется очень чувствительный потенциостат. Наше оборудование обеспечивает как точность, так и разрешение для высококачественного измерения низкого тока; Варианты аппаратного обеспечения VersaSTAT-LC (Princeton Applied Research) и Femto Ammeter ModuLab XM (Solartron Analytical) расширяются до ведущих возможностей.

Трибокоррозия

Данная методика предназначена совместить влияние электрохимической коррозии и эрозии, вызванной трением. Часто в процессе электрохимической коррозии на поверхности образца образуется оксид. Этот оксид действует как защитное покрытие. Однако в некоторых случаях, например, замена сустава; покрытие стирается при движении сустава. Воздействие этого комбинированного механизма требует особого рассмотрения.
Хотя электрохимические испытания подобны стандартным испытаниям, часто нужно работать потенциостатом в «плавающем режиме». «Плавающие» потенциалы изолированы от заземления. Это позволяет использовать их для исследования заземленных электродов или растворов (таких как автоклав или арматура). Несколько точек заземления могут создавать заземляющие контуры, которые могут вызывать колебания и получать ненадежные и непредсказуемые данные. PARSTAT4000A, VersaSTAT 3F, PARSTAT MC и ModuLab XM могут работать в «плавающем» и в «изолированном» режиме.
Автоматизация или способность интегрироваться с другими частями оборудования является еще одной ключевой особенностью программы. Обычно это делается с помощью LabView или другого .NETcontrol элемента. Эта функция обычно предоставляется через платформу VersaStudio. Другими вариантами являются сигналы TTL, действия внутри ядра GUI (RUN EXTERNAL APPLICATION) или комбинация внешних выходов DAC Outs и ADC Ins.

Коррозия на воздухе

Существуют приложения для коррозии и нанесенных покрытий, которые требуют проведения исследований на воздухе для оценки диэлектрических свойств самого покрытия (изолированного от подложки или электролита). Другие системы должны быть изучены во влажной среде, при этом влага действует как электролит.

Для покрытий на воздухе тестовая система ModuLab-MTS с опцией MREF или система диэлектрического интерфейса модели 1296A вместе с нашими держателями образцов моделей 12962A, 12963A, 12964A и держателем образцов при комнатной температуре позволяют исследовать диэлектрические свойства покрытий с превосходной точность.

Сканирующий датчик Кельвина  (SKP) можно использовать для визуализации явлений коррозии под органическими покрытиями в отсутствие электролита или во влажной среде. Непосредственно измеренное значение работы выхода методом резервного потенциала может быть соотнесено с Ecorr. VersaSCAN VS-SKP сочетает лучшие в отрасли диапазон сканирования и разрешение и обеспечивает возможность проведения неразрушающего контроля на реальных образцах.

Хранения энергии

Устройства хранения и преобразования энергии используются для удовлетворения потребностей в портативных и возобновляемых источниках энергии. Конкретными технологиями являются батареи, конденсаторы, топливные элементы и солнечные элементы. В коммерческих устройствах они часто используются в комбинации как часть системы питания.
Прогресс в энергетике требует улучшения возможностей для обеспечения импульсной мощности, длительного времени работы и срока службы. Часто источники питания также имеют технические ограничения по объему и весу. Новые материалы и технические достижения играют ключевую роль в удовлетворении рыночного спроса. Мощность, которую выдает устройство, определяется произведением его напряжения и тока. Напряжение отдельного устройства определяется его конкретным химическим составом (его электрода). Ток отдельного устройства определяется его размером (площадью электрода).

Элементы питания

Элементы питания являются устройствами накопления энергии и сегментированы на первичные и вторичные типы. Первичные элементы питания обеспечивают одноразовый разряд. Вторичные батареи можно перезаряжать.

Литий-ионные батареи на сегодняшний день являются передовой технологией в этой области. Остальные технологии, Li-Air, обеспечивают более высокую теоретическую производительность. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ВОЛЬТАМЕТРИЯ используется для разработки материала и определения его потенциального окна (напряжение отсечения заряда и напряжение отсечения разряда). ЦИКЛИЧЕСКАЯ ВОЛЬТАМЕТРИЯ также является основным методом идентификации новых электролитов. Princeton Applied Research PARSTAT 3000A особенно подходит для этого исследования, поскольку его форм-фактор специально разработан для установки в гловбокс. Соединения BNC как Solartron Analytical EnergyLab, так и PAR потенциостатов (с помощью дополнительного кабеля ячейки) обеспечивают общий интерфейс для гловбокса.

Локализованные методы, доступные на платформе VersaSCAN, являются передовыми для характеристики механизмов интеркаляции лития и формирования интерфейса жесткого электролита (SEI (Solid-Electrolyte Interface)).

Поскольку целью источника питания второго типа является обеспечение длительного цикла, высокой эффективности и высокой плотности энергии; новые материалы объединяются в ячейку и происходит ее оценка экспериментом ЗАРЯД-РОЗРЯД. Разновидностью этой методики является постоянный ток – постоянное напряжение (CC-CV), когда батарея поддерживается на уровне предельного потенциала отсечения и постоянно заряжается, чтобы обеспечить полностью заряженное состояние. Целью этих экспериментов является определение ЕМКОСТИ и ЧИСЛА ЦИКЛА для оценки продолжительности жизненного цикла и ВЫХОДА ПО ТОКУ (ЭФФЕКТИВНОСТИ ФАРАДЕЯ) – для количественного определения заряда на входе/разряде (Qin/Qout). ЕМКОСТЬ представляет собой измерение заряда в технических единицах Ач. Это легко превращается в определение времени, в течение которого данное устройство может обеспечить заданный ток. К примеру, размер аккумулятора типа «таблетка» (CR2032) обычно составляет 200 мАч. То есть, это устройство можно разрядить током 200 мА, и ожидается, что оно будет работать в течение 1 часа. Это время нормализуется относительно емкости батареи и сообщается как скорость (обозначим эту скорость как C, 1 C = 1 час^-1). Это самая распространенная величина для оценки, поскольку она легко измеряется даже в академических лабораториях. Следующим шагом является аккумулятор размера 18650, который обычно составляет 2250 мАч (2,2 Ач). Данное устройство можно разряжать током 2,2 А, и ожидается, что оно будет работать в течение 1 часа. Держатели батарей для текущей линейки PARSTAT и VersaSTATS позволяют непосредственно подключать оба этих формата батарей к потенциалу. Прямое подключение позволяет избежать ошибок, дополнительной емкости и индуктивности для измерения импеданса. Замена кабеля ячейки создает более чистый сигнал и более точное измерение. Методы EnergyLab EIS, включая инновационную технологию FRA и передискретизацию, позволяют определять характеристики устройств с субмилиомным (микроомным) сопротивлением.

Поскольку отдельные циклы этих экспериментов продлятся часы, а целью является определение снижения емкости в диапазоне >1000 циклов; в этом случае значение многоканальной платформы и раннего скрининга невозможно переоценить.

Равный профиль напряжения, который считается ключевым преимуществом литиевых технологий, обуславливает потребность в передовых методах определения СОСТОЯНИЯ ЗАРЯДА. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ИМПЕДАНСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (EIS) является новым методом осуществления этих определений на месте. EIS также используется для определения того, как батарея функционирует в соответствии с ее ожидаемым сроком службы, называемой степень работоспособности аккумулятора (State of Health (SOH)). Просмотрите наше руководство и техническое объяснение здесь: Моделирование импеданса литиевых батарей. Полный ассортимент продукции Princeton Applied Research и Solartron Analytical предоставляет эти измерительные возможности как стандартные, так и дополнительные. EIS также предоставляет механизм посредством анализа эквивалентной схемы или простой визуальной ссылки для определения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) батареи. Это ключевое преимущество, поскольку оно означает потерю параметров системы.

Использование вспомогательных измерений напряжений позволяет контролировать как анод, так и катод батареи. Стандартная конструкция потенциостата сосредоточена на сигнале и ответе на рабочем электроде. Реакции на противоэлектроде не охарактеризованы; в то время как другие программы используют инертный противоэлектрод; В аккумуляторной технике это активный электрод. Возможность дополнительно охарактеризовать этот электрод позволяет пользователям определить механизмы сбоев и сосредоточить исследовательские инициативы на их устранении. Это доступно в продуктах PARSTAT 3000A и EnergyLab для оценки одной ячейки, а также PARSTAT MC (PMC-2000A) и 1470E CellTest для нескольких одновременных тестов для улучшения производительности.

Блоки батарей

Для приложений которые работают в экстремальных условиях и требуют тока более 5 вольт или 2 ампер, батареи можно сконфигурировать в стопки (Стеки, сборки). Стек — это термин, используемый, когда несколько отдельных устройств соединены последовательно или параллельно для приложений с более высокой мощностью. Поскольку стеки специально предназначены для работы при высоких напряжениях (до 100 В) или токах (до 100 А), требуются внешние усилители. Доступны внешние бустеры с широким диапазоном измерительных мощностей, полосы пропускания и точности для соответствия заданному профилю тестирования.

Ценность вспомогательного электрометра дополнительно подтверждается необходимостью определения момента, когда батарея в блоке начинает выходить из строя. PMC-2000A и PARSTAT3000A обеспечивают диапазон напряжения для тестирования пакета батарей, а также стандартный дополнительный электрометр для измерения характеристик (включая импеданс) отдельной батареи в пакете. 1470E и EnergyLab предоставляют несколько электрометров для изучения еще большего количества ячеек в стеке.