Espectroscopía dieléctrica
La espectroscopia dieléctrica (que pertenece a una subcategoría de la espectroscopia de impedancia ) mide las propiedades dieléctricas de un medio en función de la frecuencia . [2] [3] [4] [5] Se basa en la interacción de un campo externo con el momento dipolar eléctrico de la muestra, a menudo expresado por la permitividad .
También es un método experimental para caracterizar sistemas electroquímicos. Esta técnica mide la impedancia de un sistema en un rango de frecuencias y, por lo tanto, se revela la respuesta de frecuencia del sistema, incluidas las propiedades de almacenamiento y disipación de energía. A menudo, los datos obtenidos por espectroscopia de impedancia electroquímica ( EIS ) se expresan gráficamente en un diagrama de Bode o un diagrama de Nyquist .
La impedancia es la oposición al flujo de corriente alterna (CA) en un sistema complejo. Un sistema eléctrico complejo pasivo comprende elementos tanto de disipador de energía ( resistencia ) como de almacenamiento de energía ( condensador ). Si el sistema es puramente resistivo, entonces la oposición a CA o corriente continua (CC) es simplemente resistencia . Los materiales o sistemas que exhiben múltiples fases (como compuestos o materiales heterogéneos) comúnmente muestran una respuesta dieléctrica universal , por lo que la espectroscopia dieléctrica revela una relación de ley de potencia entre la impedancia (o el término inverso, admitancia ) y la frecuencia, ω, de la CA aplicada. campo.
Casi cualquier sistema físico-químico, como las células electroquímicas , los osciladores de haz de masa e incluso el tejido biológico, posee propiedades de almacenamiento y disipación de energía. EIS los examina.
Esta técnica ha crecido enormemente en los últimos años y ahora se emplea ampliamente en una amplia variedad de campos científicos, como las pruebas de pilas de combustible , la interacción biomolecular y la caracterización microestructural. A menudo, EIS revela información sobre el mecanismo de reacción de un proceso electroquímico: diferentes pasos de reacción dominarán en ciertas frecuencias, y la respuesta de frecuencia mostrada por EIS puede ayudar a identificar el paso de limitación de velocidad.
Hay varios mecanismos dieléctricos diferentes, conectados a la forma en que un medio estudiado reacciona al campo aplicado (ver la ilustración de la figura). Cada mecanismo dieléctrico se centra alrededor de su frecuencia característica, que es el recíproco del tiempo característico del proceso. En general, los mecanismos dieléctricos se pueden dividir en procesos de relajación y resonancia . Los más habituales, partiendo de las altas frecuencias, son:
