零基礎也別慌：帶你用 Zview 軟件快速學會電化學阻抗譜擬合

Alisa 4年前 (2019-06-23) 59395瀏覽

電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）是一種以小振幅的正弦波電位為擾動信號的電化學測量方法。它是給電化學系統施加一個頻率不同的小振幅的交流信號，測量交流信號電壓與電流的比值（即阻抗）隨正弦波頻率ω的變化，或者是阻抗的相位角Φ隨ω的變化。由于其方便，快捷，內涵豐富的特點，它已經廣泛應用在了金屬腐蝕與防護，固體電解質，導電材料，鋰離子電池，燃料電池，催化劑等各個領域。EIS技術研究電化學體系的基本方法是構建一個等效電路(?Equivalent?Circuit，EC)，使該電路的阻納頻譜與電化學體系的EIS相同，從而來分析相應的電化學過程（如圖1）。因此，如何構建等效電路并對得到的EIS數據進行擬合就顯得十分重要。在此，我們給大家詳細介紹基于Zview軟件構建等效電路并進行數據擬合的方法，希望能給大家一些幫助。

圖1 電化學阻抗譜的Nyquist圖及其等效電路

1 軟件介紹

本文使用的軟件為Zview（圖2），它是由美國的“Scribner Associates Inc.”公司（圖3）開發的一款小巧而又強大的EIS擬合軟件。該軟件具有如下功能與特點：（1）強大的等效電路建模；（2）常見電路即使擬合；（3）數據處理與繪圖；（4）批量處理數據；（5）分析和擬合數據；（6）兼容Windows7/8/10；等等。[1]

圖2 Zview軟件

圖3 Scribner公司網站主頁

Zview軟件是一款綠色的軟件，只需要將軟件復制到電腦上，找到目錄下面的“Zview/Programs/Zview2.exe”即可進行使用（如圖4）。軟件打開后的界面如圖5所示，主要包含4個部分，分別為菜單欄，工具欄，Nyquist圖區，Bode圖區。工具欄的主要功能按鈕如圖6所示。

圖4 Zview2.exe文件的目錄

圖5 軟件界面介紹

圖6 工具欄主要功能按鈕

2 導入數據

（1）將EIS的數據保存為txt文件，使數據值包含三列，分別為頻率，實部和虛部（如圖7）；

圖7 txt數據文件

（2）打開軟件，如圖8所示，點擊工具欄上的“打開文件”按鈕，在彈出的對話框中雙擊要打開的文件“exp.txt”，然后單擊右下角的“OK”即可，結果如圖9所示。

圖8 打開文件

（3）可以發現，Nyquist圖中譜圖很小，此時點擊工具欄中的自動標尺按鈕（圖9中的上方紅框），軟件就會自動調整標尺，以適應數據的大小。調整后的結果見圖10。除此之外，左鍵框選想要查看的數據區域也可進行放大。

圖9 調整標尺以便于查看

圖10 調整標尺后的結果

3 建立等效電路模型

????建立合適的等效電路是進行阻抗擬合的關鍵步驟，只有合理的等效電路才能得到合理的結果。一般而言，等效電路的建立是根據電化學體系的實際含義在參考文獻的基礎上建立的。軟件的操作步驟如下所示：

（1）點擊如圖11所示的Equivalent circuits按鈕，打開如圖12所示的等效電路操作窗口；

圖11 Equivalent circuits按鈕

???圖12 等效電路操作窗口

（2）在圖12所示的模型顯示編輯區右擊即可進行編輯等效電路模型。編輯好的等效電路可以點擊保存按鈕，保存為模板，這樣下次直接打開就可以使用了。此外，還可以通過打印模型按鈕將模型打印為pdf文件，隨后就可以截圖在論文中使用了。

4 擬合并輸出結果

（1）激活數據。由于軟件默認是不勾選任何數據的，因此在進行擬合前需要先按照如圖13所示的那樣選擇需要擬合的數據文件進行激活數據。

圖13 激活數據

（2）進行即時擬合以獲取初始數據。在進行全局擬合之前，我們需要獲取各個元件的初始參數，這時就要用到分部即時擬合的功能。如圖14所示，在按住shift的狀態下雙擊選擇即時擬合數據點的起點和終點，然后選擇對應的基本等效電路進行即時擬合。即時擬合后就會得到如圖15所示的元件初始值，然后單擊某一初始值并按住左鍵不松開就可將其拖拽到“Equivalent circuits”窗口中的“Value”項目中，從而對元件進行賦初值。

圖14 選擇數據范圍并進行即時擬合

圖15 將即時擬合的結果拖拽復制

（3）進行全局擬合。將全部的元件賦上初值后，就可以著手進行全局擬合了，如圖16所示，首先通過單擊將Freedom改為可以自由變動的“Free(?”，其次修改擬合模式為“Fitting”，最后點擊運行即可。

圖16 進行全局擬合

???

（4）輸出結果。如圖17所示，通過打印按鈕就可以將元器件的擬合值和模型一起輸出為PDF文件；如圖18所示，首先選擇“~FitResults”，然后點擊查看數據值，最后進行復制，就可以將擬合的結果導出用來繪制擬合的Nyquist圖。

圖17 打印擬合元件的結果

圖18 輸出擬合結果

5 文獻實例

電化學阻抗譜分析經常應用在對電池材料的分析上。如圖19所示，兩個電池材料的Nyquist圖都是由一個半圓和一條斜線構成，其中中頻區域的半圓與電化學反應的阻抗有關，低頻區域的斜線則與離子在電極中的固相擴散有關。擬合結果表明，MoSe₂@HCNS的R_ct值為115.8 Ω，低于Pristine MoSe₂的568.7Ω，表明其有著更高的電荷轉移效率。與此同時，低頻區域斜線的斜率也表明MoSe₂@HCNS也具有著更高的離子導電率。這就可以解釋為什么MoSe₂@HCNS相比于Pristine MoSe₂具有著更好的儲鈉特性。[2]

圖19 EIS用來分析電池材料