Nucleus nr 2, 2005

a)
b)
mätningar genomförts vid rumstemperatur och ett
par andra temperaturer, förutom vid 288 o C, har det
varit möjligt att bestämma konduktivitetens temperaturberoende
(se fi gur 2). Figuren redovisar resultat
från mätningar på material i förtransitionsområdet
(dvs. innan oxiden spricker upp). Som fi guren visar
är konduktiviteten ungefär tusen gånger högre vid
288 o C jämfört med i rumstemperatur.
Lovande teknik
Sammanfattningsvis kan konstateras att impedansspektroskopi
är en lovande teknik för studier av
oxidationsprocessen hos bränslekapslingsmaterial
under reaktorförhållanden. Denna typ av mätningar
kan ge värdefull information om hur legeringssammansättning
och vattenkemi påverkar den bildade
oxidens egenskaper.
Faktaruta
EIS är en förkortning av Electrochemical Impedance Spectroscopy eller på
svenska elektrokemisk impedansspektroskopi.
En växelspänning med varierande frekvens appliceras på provet med hjälp av
en potentiostat. Den resulterande växelströmmen moniteras med en s.k. frekvensresponsanalysator,
vilket gör att impedansen (motsvaras av resistansen i en
likströmskrets) kan erhållas.
Resultatet från en mätning åskådliggörs ofta genom att beloppet av impedansen
och fasvinkeln avsätts som funktion av frekvensen i ett s.k. impedansspektrum
(se fi gur 3).
Dessa impedansspektra kan modelleras/beskrivas med s.k. ekvivalenta elektriska
kretsar som består av resistanser och kapacitanser (se fi gur 4). Med hjälp
av värdena på dessa resistanser och kapacitanser kan information erhållas om
bl.a. oxidens tjocklek och elektriska konduktivitet.
Nucleus 2/2005
R1
R1
Q1
R2
Q2
Elektrolyt Oxidfilm Metall
Q1
R2
R3
Förhoppningen är att man med impedansmätningar
kan mäta upp skillnader i oxidens egenskaper,
vilket kan utnyttjas för att på ett tidigt stadium
skilja mellan legeringar med bra respektive dåliga
korrosionsegenskaper.
För att kunna använda impedansspektroskopi
som en standardmetod för dessa syften krävs dock
fortfarande utveckling av det tekniska utförandet av
mätningarna samt mer erfarenhet av tolkning och utvärdering
av uppmätta impedansspektra. Impedansmätningar
ger ibland resultat som kan vara svåra att
anpassa till en ekvivalent elektrisk krets, beroende
på att dessa kretsar inte fullt ut förmår att beskriva
egenskaperna hos ett elektrokemiskt system.
Stefan Forsberg
Figur 4. Ekvivalenta
kretsar för en oxidfi lm
med a) ett skikt samt
b) två skikt för det fall
att elektrolyten har hög
konduktivitet. R = resistans;
Q = konstantfaselement
(icke-ideal
kondensator).
23