임피던스_임피던스 해석법

임피던스 분석법은 측정하고자 하는 시료에 교류 자극을 줌으로서 얻어지는 임피던스를 분석하는 방법으로 보통 주파수에 따라 실수 저항과 허수저항을 얻을 수 있다. 시료에 교류전압을 가하여 임피던스를 얻어내는 측정은 배터리, 전해 셀 같이 여러 화학종이 존재하는 계에 대해서 측정을 할 수 있을 뿐만 아니라 고체/고체 계면을 가지는 반도체나 더 복잡한 계면 구조를 가지는 경우에도 적용시킬 수 있어 그 범용성이 높다.

 

 

임피던스를 구하기 위한 가장 쉽고 고전적인 이해는 값을 구하려는 셀을 임피던스 브리지 한쪽에 연결하고 반대쪽에 연결된 R과 C를 조정하여 브리지의 균형을 맞추는 것이다. 측정 주파수를 가했을때 이 회로가 작동한다면, 전기화학셀과 동등하게 연결된 R과 C의 값이 셀의 밖에서 정해진다. 이를 통해 우리는 식? 에서의 실저항과 허수저항의 값을 얻어낼 수 있으며 측정 주파수가 달라짐에 따라 그 값에서의 모든 임피던스 값을 얻을 수 있게 된다.

 

임피던스의 해석은 반드시 실험대상의 계를 전기화학적인 등가회로로 가정한 뒤 진행하게 된다. 일반적인 전해셀에서의 예시를 들자면 3전극에서 진행된 전기분해에서 Anode(WE)는 반도체 전극에 연결되고 기준전극(RE)은 0V의 기준을 형성하여 둘 사이에는 전위차가 발생한다.(혹은 전위차를 공급한다)

 

이때 반도체 전극의 표면에서 전위차에 의해 모인 전자들이 공간 전하 영역을 형성하며(가우스 대전과 유사하다) 동시에 계면에서는 이온들에게 전자가 전달되어 표면에는 미세한 전류가 흐르고 이는 저항이 연결된 도선과 동일하다. 반도체 전극 계면 밖에서는 수용액속의 전하가 모이고 축적되어 형성하는 헬름홀츠 레이어가 만들어지고, 이 또한 일종의 커패시턴스가 된다. 결국 반도체 표면에서 계면를 충분히 벗어나 공핍영역(헬름홀츠 레이어)를 벗어나게 되면 이온들이 전하를 기준전극으로 운반한다. (실제 계에서는 대부분의 전하를 CE(반대전극)으로 전달하지만 엄밀한 이해를 위해 기준전극에서의 이동만 관찰하겠다) 이는 마찬가지로 전자 or 이온의 이동을 수반하므로 일종의 저항으로 분석된다.