电化学应变显微镜测量中化学反应和挠曲电效应引起的类电滞回线

【作者】 张功喜； 吁鹏飞； 申胜平；

【机构】 西安交通大学航天航空学院；

【摘要】 电化学应变显微镜可以提供纳米尺度下固体中关于电化学活性的重要信息。在电化学应变显微镜的实验测试中,微小探针上施加的随时间变化的电场引起离子流动和电化学反应。Vegard效应以及挠曲电效应产生了内部应变,相应的表面位移可以通过探针进行测量。在这个过程中涉及到了力-电-化的耦合作用。为了分析电化学应变显微镜测试机理,已有学者建立了一系列的理论分析模型。然而,现有的模型大部分局限于部分耦合的过程或者忽略了挠曲电效应的影响。在本次工作中,基于力-热-电-化多物理场完全耦合的理论,建立了考虑体缺陷化学反应,正、逆挠曲电效应以及离子空间效应的模型,以带有离子阻塞电极的混合离子-电子导体进行分析。特别考虑了体缺陷电化学反应,这在一些电化学系统中是普遍存在的,但在以前的工作中却常常被忽略。作为本次工作的应用,数值计算了正弦电压的激励下电化学应变显微镜测试中的动态响应。数值结果显示了清楚的位移-电压的类电滞回线,同时响应依赖于激励的频率。另外,体缺陷电化学反应对离子、电子的分布有重要影响,挠曲电效应对局部表面位移的贡献是显著的。这项工作可以帮助我们解释电化学应变显微镜的测试机理,并探索固体中的电化学过程。更多还原