Construção, análise e aplicação de um modelo eletromecânico na interpretação da espectroscopia de impedância

Abstract

Resumo: Na literatura existem diversos modelos usados na interpretação dos dados experimentais de espectroscopia de impedância. Um deles é o modelo do oscilador harmônico amortecido e forçado com viscosidade complexa. Este modelo eletromecânico contém elementos que buscam descrever o comportamento de uma partícula em um fluido iônico oscilando próximo à superfície do eletrodo, como a massa da partícula, a constante elástica de superfície, a constante elástica de interação com o volume, o coeficiente de amortecimento complexo. Este último pode ser decomposto em um coeficiente de amortecimento linear somado a um coeficiente de amortecimento não-linear. A partir de uma análise dos parâmetros do modelo, aplicados à solução de cloreto de potássio, foi verificado que para descrever o regime do espectro de impedância experimental a baixas frequências é essencial a contribuição da componente de amortecimento não-linear ao modelo, enquanto, por outo lado, a constante elástica de interação com o volume descreve o regime a altas frequências. Do ponto de vista da variação da concentração, foi constatada uma certa proporcionalidade de alguns parâmetros. Quando investigada a impedância variando-se a temperatura da solução, verificou-se que somente os parâmetros relacionados ao coeficiente de amortecimento se alteram. Devido à dependência deste parâmetro com a temperatura é possível estabelecer uma relação da viscosidade do sistema com aquela proposta por Reynalds, possibilitando, assim, modificar e aperfeiçoar o modelo com a dependência explicita na temperatura.

Abstract: In the literature there are several models used in the interpretation of the experimental data of impedance spectroscopy. One of them is the damped and forced harmonic oscillator model with complex viscosity. This electro-mechanical model contains elements that seek to describe the behavior of a particle in an ionic fluid, oscillating near the surface of the electrode, such as particle mass, surface elastic constant, volume interaction elastic constant, complex cushioning coefficient. The latter can be decomposed into a linear damping coefficient added to a non-linear damping coefficient. From an analysis of the model parameters applied to the potassium chloride solution, it was verified that the contribution of the non-linear damping component to the model is essential to describe the low frequency spectrum impedance regime. On the other hand, the elastic interaction constant with volume describes the regime at high frequencies. From the point of view of the varied concentration, a certain proportionality of some parameters was verified. When investigating the impedance by varying the temperature of the solution, it was found that only the parameters related to the damping coefficient change as the temperature chan-ges. Due to the temperature dependence of this parameter, it is possible to establish a relation of the viscosity of the system with that proposed by Reynald's, thus, allowing a modification and an improvement of the model due to the explicit temperature term.