هر تعادل اکسایش/کاهش را می‌توان به سهولت با اندازه‌گیری پتانسیل یک سلول الکتروشیمیایی که در آن دو نیم واکنش سازنده تعادل شرکت کننده‌اند، مطالعه کرد. به این دلیل، بهتر است برخی از مشخصات این سلول‌ها را بررسی کنیم.
استفاده از سلول دو الکترودی
یک سلول الکتروشیمیایی متشکل از دو رسانا به نام الکترود است که هر یک در محلول الکترولیت فرو رفته است.
کاتد در یک سلول الکتروشیمیایی، الکترودی است که در آن واکنش کاهش انجام می‌شود. آند الکترودی است که در آن واکنش اکسایش صورت می‌گیرد.
واکنش‌های کاتدی نوعی عبارتند از:
Ag+ + e– ꞊꞊ Ag(s)
Fe3+ + e– ꞊꞊ Fe2+ (s[70])
واکنش اول در در سطح یک الکترود نقره‌ای انجام می‌شود و واکنش دوم در در سطح یک الکترود بی‌اثر مانند پلاتین صورت می‌گیرد.
واکنش‌های آندی نوعی عبارتند از:
Cu(s) ꞊꞊ Cu2+ + ۲e–
Fe2+ ꞊꞊ Fe3+ + e–
واکنش اول به یک آند مسی نیاز دارد ولی واکنش دوم در در سطح یک الکترود بی‌اثر مانند پلاتین انجام می‌شود.
معایب سلول دوالکترودی
یکی از معایب سلول دوالکترودی این است که مقدار مطلق برای پتانسیل را نمی‌توان در آزمایشگاه تعیین کرد. یعنی، تنها پتانسیل سلول را می‌توان به طور تجربی بدست آورد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

وقتی مدار بسته می‌شود جربان اندکی از الکترود مرجع عبور می‌کند، در نتیجه پتانسیل آن تغییر می‌کند و دیگر پتانسیل ثابت نمی‌ماند.
استفاده از سلول سه الکترودی
از سال ۱۹۴۲، زمانی که هیک‌لینگ [۷۱] اولین پتانسیواستات سه الکترودی را جهت بهبود توانائی‌های پتانسواستات ساخت، پیشرفت‌های اساسی در روش‌های پتانسیل‌سنجی صورت گرفته است. هیک‌لینگ ایده‌ی مبتکرانه‌ای جهت کنترل اتوماتیک پتانسیل سل با بهره گرفتن از یک الکترود سوم (الکترود خنثی) داشت. اصول او تا به امروز در عمل بدون تغییر باقی مانده است. در یک نگاه، یک پتانسیواستات اختلاف پتانسیل بین‌الکترود مرجع و الکترود کاری را اندازه‌گیری می‌کند به طوری که جریانی را از الکترود کمکی عبور می دهد و اندازه جریان را به شکل افت ولتاژ iR در یک مقاومت سری (Rm) اندازه گیری می کند. آمپلی فایر کنترل کننده CA[72] مسئول حفظ ولتاژ میان الکترود مرجع و الکترود کار تا حد امکان نزدیک به ولتاژ منبع ورودی Ei است. این آمپلی فایرخروجی خود را تنظیم می‌کند تابه طور اتوماتیک جریان سل را جهت برقراری شرایط تعادل کنترل کند. تئوری عملکرد آن با رجوع به معادلات مشخصی که برای مهندسین برق شناخته شده است بهتر توضیح داده می شود. قبل از مشاهده معادلات زیر، بایستی توجه شود که از نقطه نظر الکتریکی، سل الکتروشیمیایی و مقاومت سنجش جریان Rm ممکن است به صورت دو امپدانس درنظرگرفته شوند Z1 شامل Rm به صورت سری با امپدانس فصل مشترکی الکترود کمکی و مقاومت محلول بین‌الکترود کمکی و مرجع است.Z2 امپدانس فصل مشترکی الکترود کاری به صورت سری با مقاومت محلول میان الکترودهای کاری و مرجع است. نقش آمپلی فایر CA این است که اختلاف پتانسیل بین ورودی مثبت (ورودی غیروارونگر) و منفی (وارونگر) را تقویت کند. این مسئله را به زبان ریاضی به صورت معادله زیر می‌توان نوشت
Eout = A (E+ – E–) = A (Ei – Er) (3-14)
A فاکتور تقویت CA است. در این نقطه می‌توان فرض کرد که مقدار جریان ناچیزی از الکترود مرجع جریان می‌یابد. این فرض صحیح می‌باشد چون الکترود مرجع به یک جریان سنج امپدانس بالا متصل می شود. بنابراین جریان سل به دو روش امکان دارد توصیف شود:
IC = Eout / (Z1+Z2) (3-15)
IC = Er / Z2 (۳-۱۶)
ترکیب معادلات (۳-۱۵) و (۳-۱۶) می‌دهد:
(۳-۱۷) Er = Z ۲ / (Z1+Z2) Eout =β Eout
کسری از ولتاژ خروجی آمپلی فایر تقویت کننده است که به ورودی منفی آن برمی‌گردد، که فاکتور بازخورد نام دارد.
β = Z2 / (Z1+Z2) (3-18)
ترکیب معادلات (۳-۱۴) و (۳-۱۷) می‌دهد:
Er / Ei = βA / (1+βA) (3-19)
زمانی که مقدار βA خیلی بیشتر از یک می‌شود، معادله (۶) به معادله (۷) تبدیل می‌شود، که یکی از معادلات بازخورد منفی است.
Ei = Er (۳-۲۰)
.
شکل (۳-۷) طرحواره‌ای از یک دستگاه پتانسیواستات با سل الکتروشیمیایی که با دو امپدانس جایگزین شده است
شکل (۳- ۸) سلول الکتروشیمیایی سه الکترودی با منبع تغذیه
فصل چهارم
کاربردهای اکسیدروی
۴-۱ – مقدمه
نانو ذرات اکسیدروی با ساختار هگزوگونال، نانو ذراتی از نوع نیمه‌رسانا و با شکاف نواری بزرگی به اندازه تقریباً ۳۳۷/۳ الکترون ولت در دمای اتاق است که در صنعت مصارف عمده‌ای دارد. نانو ذرات اکسیدروی به سبب ویژگی‌های منحصر به فرد اپتیکی، الکتریکی و مکانیکی که در مقایسه با ماده کپه‌ای از خود نشان می‌دهند، توجه محقیقن زیادی را به خود جلب نموده است. این نانو ذرات کاربردهای زیادی در زمینه فعالیت‌های کاتالیزوری، نورتابی، بوزدایی، آنتی باکتری‌ها، مواد آرایشی، حسگرهای گازی، مواد جاذب نور ماوراء بنفش، وسایل پیزوالکتریک فوتو دیودی، سلول‌های خورشیدی، دیودهای نور تاب، لیزرها، رنگ‌ها و صنایع لاستیک‌سازی دارند.
وقتی اندازه ذرات به حد اندازه‌های چند نانومتر می‌رسد یکی از خواصی که تحت تأثیر این کوچک شدن قرار می‌گیرد، تأثیرپذیری از نور و امواج الکترومغناطیسی است. با توجه به این موضوع، اخیراً چسب‌هایی از نانوذرات تولید شدند که کاربردهای مهمی در اپتوالکتریک و صنایع الکترونیکی دارند.
۴-۲ – حسگررها
۴-۲-۱- حسگر گازی
در محیط زندگی ما ممکن است آلاینده‌ها و گازهای بسیاری وجود داشته باشد که در نهایت منجر به تخریب محیط زیست، ایجاد باران‌های اسیدی، اثرات گلخانه‌ای، تخریب لایه اوزن و مسمومیت‌‌های خطرناک در افراد می‌شود. برای تشخیص و آشکارسازی این گازها به ابزاری نیازمندیم که بتوان آنها را تشخیص داده و در صورت امکان با آنها مقابله کرد. تشخیص نوع گاز می‌تواند کمک بزرگی در مداوای فردی که مسوم شده بکند، همچنین تشخیص آلاینده‌ها جهت محافظت محیط زیست بسیار ضروری و مهم است.
حدود ۴۰ سال پیش کشف شد که نیمه‌‌هادی اکسید فلز همچون اکسید قلع یا اکسیدروی قابلیت آشکارسازی گازهای محترقه و سمی را دارند و حساسیت آنها به‌گونه‌ای است که توسط این نیمه‌هادی‌ها می‌توان مقادیر بسیار کم گاز در حدود ppm و حتی در مقادیر بسیار کمتر از آن را آشکار نمود [۷۸]. پس از این کشف مهم انواع حسگرهای گاز ساخته و به بازار عرضه شدند و هم‌اکنون در حد بسیار وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تکنیک‌های تشخیص گاز که تا سال ۱۹۹۵ از آنها استفاده می‌شد تکنیک‌های معمولی بوده‌اند. یک مشکل اساسی این تکنیک‌ها زمان پاسخ طولانی برای تشخیص گازها بود. در نتیجه برای رفع این مشکل نیاز به ابزاری با زمان پاسخ کوتاه حس می‌شد، علاوه بر آن به ویژگی‌هایی از قبیل حساسیت بالا و دوام زیاد نیاز می‌شد.
۴-۲-۲- زیست حسگرها
امروزه در زمینه‌های مختلفی از جمله پزشکی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، مانیتورینگ محیط زیست و تولید محصولات دارویی و بهداشتی از زیست حسگرها بهره می‌گیرند. این سنسورها ابزاری توانمند جهت شناسایی مولکول‌های زیستی می‌باشند. به عنوان مثال حواس بویایی و چشایی انسان نمونه ای از یک زیست حسگر طبیعی است که به شناسایی بوها و طعم‌های مختلف می‌پردازد. سیستم ایمنی بدن نیز یک زیست‌حسگر طبیعی است، که میلیون‌ها نوع مولکول مختلف را شناسایی می‌کند. در حقیقت زیست‌حسگرها ابزارهای آنالیتیکی هستند که می‌توانند با بهره‌گیری از هوشمندی مواد بیولوژیکی، ترکیب یا ترکیباتی را شناسایی نموده و با آنها واکنش دهند. محصول این واکنش می تواند یک پیغام شیمیایی، نوری و یا الکتریکی باشد.
بیشترین کاربرد زیست‌حسگرها در تشخیص‌های پزشکی و علوم آزمایشگاهی است. در حال حاضر زیست‌حسگرهای گلوکز از موفق ترین زیست‌حسگرهای موجود در بازار هستند که به اندازه‌گیری غلظت گلوکز خون می‌پردازند. در پانکراس بیماران دیابتی به میزان کافی انسولین تولید نمی‌شود. در اینگونه موارد برای تنظیم مصرف انسولین، سنجش مداوم میزان گلوکز خون ضروری است. این ابزار به بیماران مبتلا به دیابت کمک می‌کند تا در طول روز به سنجش سطح گلوکز خون خود پرداخته و در زمان‌های مورد نیاز انسولین تزریق کنند.
۴-۳ – خاصیت فوتو کاتالیستی

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...