文 献 综 述

1.课题背景

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，简写为EIS)，早期的电化学文献中称为交流阻抗(AC Impedance)。阻抗测量原本是电学中研究线性电路网络频率响应特性的一种方法，引用到研究电极过程，成了电化学研究中的一种实验方法。阻抗测量原本是电学中研究线性电路网络频率响应特性的一种方法，引用到研究电极过程，成了电化学研究中的一种实验方法。电化学阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号的电化学测量方法。由于以小振幅的电信号对体系扰动，一方面可避免对体系产生大的影响，另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线性关系，这就使测量结果的数学处理变得简单。同时，电化学阻抗谱方法又是一种频率域的测量方法，它以测量得到的频率范围很宽的阻抗谱来研究电极系统，因而能比其他常规的电化学方法得到更多的动力学信息及电极界面结构的信息。

对于一个稳定的线性系统M，如以一个角频率为的正弦波电信号（电压或电流）X为激励信号（在电化学术语中亦称作扰动信号）输入该系统，则相应地从该系统输出一个角频率也是ω的正弦波电信号（电流或电压）Y，Y即是响应信号。Y与X之间的关系可以用下式来表示：Y = G( w ) X 。如果扰动信号X为正弦波电流信号，而Y为正弦波电压信号，则称G为系统M的阻抗 (Impedance)。如果扰动信号X为正弦波电压信号，而Y为正弦波电流信号，则称G为系统M的导纳 (Admittance)。 阻纳是一个频响函数，是一个当扰动与响应都是电信号而且两者分别为电流信号和电压信号时的频响函数。由阻纳的定义可知，对于一个稳定的线性系统，当响与扰动之间存在唯一的因果性时，GZ与GY 都决定于系统的内部结构，都反映该系统的频响特性，故在GZ与GY之间存在唯一的对应关系：Gz = 1/ Gy。G是一个随频率变化的矢量，用变量为频率f或其角频率的复变函数表示。故G的一般表示式可以写为：G( w ) = G#8217;( w ) j G”( w )。

陶瓷膜在原有性质的基础上，通过硅烷偶联剂这个”有机无机分子桥梁”在原膜基础上赋予其新的性能，进而通过电化学阻抗谱来考察离子在改性膜分离过程中的传输行为与信息。偶联剂是一种增强无机填料与有机聚合物之间亲和力的有机聚合物。通过硅烷偶联剂对无机填料的物理化学处理，可以使其由亲水性表面变成亲油性，从而达到与有机聚合物之间的紧密结合，改进塑料复合材料的各种性能。在众多的偶联剂中，硅烷偶联剂是研究得最早且应用较多的一种，已成为目前陶瓷膜改性中不可缺少的一种助剂。大多数的硅烷偶联剂的分子结构可用通式RSiX3来表示，其最大特点是在同一分子中含有两种不同特性、不同作用的基团。其中R为亲有机物的官能团，如氨基、环氧基、乙烯基和甲基丙烯酸酯基等。X为水解性基团，如甲氧基、乙氧基和氯等，易于与无机填料进行化学作用。因此，硅烷偶联剂既能与无机填料中的羟基又能与有机聚合物中的长分子链相互作用，使两种不同性质的材料”偶联”起来，从而改善陶瓷膜的各种性能。

通常认为，硅烷偶联剂在无机填料表面的作用包括化学键、氢键和物理吸附作用。首先是硅烷偶联剂接触空气中的水分而发生水解反应，然后与无机填料表面的羟基形成氢键，再通过加热干燥发生脱水反应形成部分共价键，最终结果是无机填料表面被硅烷所覆盖。

因此，硅烷偶联剂必须能够向无机填料表面进行迁移，而且其可水解基团必须具有对无机填料表面的取向作用。另一方面，无机填料表面必须存在与#8212;Si(OH)3结合的官能团，所以对于表面具有羟基的无机填料，硅烷偶联剂的作用效果较好；相反，对表面不具有羟基的无机物，效果就难以发挥。有些无机填料（如玻璃纤维）虽然其表面无游离的羟基，但也能形成结合，这是由于在填料表面生成了硅烷偶联剂的聚合薄膜，其外层的有机官能团可以与聚合物产生牢固的结合。

陶瓷膜广泛应用于生物，制药，化工等领域，在不改变陶瓷膜原有性质的基础上，通过硅烷偶联剂这个”有机无机分子桥梁”在原膜基础上赋予其新的性能，进而通过电化学阻抗谱来考察离子在改性膜分离过程中的传输行为与信息。