Warburg元件

Warburg擴散元件或稱為Warburg元件,是介電質阻抗譜中為扩散作用建模的等效電路元件,得名自德國物理學家埃米尔·沃伯格.

Warburg阻抗元件很不容易說明,和電荷轉移的電阻(可參考电荷转移配合物)以及有關,不過在許多系統中都常會看到。若波德圖 ( vs. )出現線性關係,且斜率為–1/2,即為Warburg元件。

通用方程
Warburg擴散元件()是常相位元件(CPE),固定的相位是-45°(相位和頻率無關),其大小和頻率的平方根成反比:

:{Z_\mathrm{W}} = \frac{A_\mathrm{W}}{\sqrt{\omega}}+\frac{A_\mathrm{W}}{j\sqrt{\omega}}

: = \sqrt{2}\frac{A_\mathrm{W}}{\sqrt{\omega}}

其中
*是(或Warburg常數)。
*是虛數單位。
*是角频率。

上式假設半無限的線性擴散,也就是在大的平板电极上不受限的擴散。

有限長的Warburg元件
若已知扩散層的厚度,則有限長的Warburg元件定義如下:

:{Z_\mathrm{O}} = \frac{1}{Y_0} \tanh\left(B \sqrt{j\omega}\right)

其中B=\tfrac{\delta}{\sqrt{D}},

其中\delta是擴散層的厚度,且是擴散係數。

有兩種特別的有限長度Warburg元件:Warburg Short()針對透射性的邊界,Warburg Open()針對反射性的邊界。

Warburg Short(WS)
此元件描述透射性邊界,有限長度擴散的阻抗,其方程式如下:

: Z_{W_\mathrm{S}} = \frac{A_\mathrm{W}}{\sqrt{j\omega}} \tanh \left(B \sqrt{j\omega}\right)

Warburg Open(WO)
此元件描述反射性邊界,有限長度擴散的阻抗,其方程式如下:

: Z_{W_\mathrm{O}} = \frac{A_\mathrm{W}}{\sqrt{j\omega}} \coth\left(B \sqrt{j\omega}\right)

參考資料

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