Spectroscopia de impedanţă electrochimică (EIS) în studiul proceselor de coroziune

Abstract

Introducere. EIS este o tehnică utilă pentru investigarea coroziunii materialelor şi a proprietăţilor interfazelor prin evaluarea rezistenţei de transfer de sarcină, a unghiului de fază etc. În medicină, e folosită în studiul coroziunii aliajelor dentare, implanturilor, diferenţierii tisulare, evaluării medicamentelor. Scop. Studiul coroziunii suprafeţelor masive, micronice şi sub formă de nanofibre de cupru în medii corozive utilizând EIS, şi compararea rezultatelor obţinute cu cele înregistrate prin voltametrie. Material şi metode. Spectrele de impedanţă electrochimică au fost înregistrate cu potenţiostatul Autolab PGSTAT 302N (software NOVA) în soluţii de Na4P2O7 0,28 mol/L şi Na2SO4 0,5 mol/L, în intervalul de frecvenţe 104 - 10“3 Hz, cu amplitudinea 10 mV la determinarea a 80 puncte. Valorile elementelor circuitului echivalent au fost obţinute cu soft-ul ZView2. Rezultate. Viteza de coroziune este corelată în voltametrie cu densitatea curentului de coroziune (jcor), care este invers proporţională cu rezistenţa de transfer de sarcină (R), parametru determinat prin EIS. Rezultatele obţinute în studiul coroziunii cuprului prin EIS, în electroliţii pirofosfat de sodiu şi sulfat de sodiu, atât pentru probele masive (S = 2,5 cm2), cât şi pentru cele micronice (d = 10, 25, 50, 500 gm) şi sub formă de nanofire (d = 10, 100, 200 nm), evidenţiază o creştere a rezistenţei de transfer de sarcină (rezistenţa la coroziune) şi o scădere a capacităţii stratului dublu electric, după eliminarea oxigenului din sistem. Concluzii. Rezultatele obţinute prin EIS corespund celor înregistrate prin voltametrie, care indică scăderea densităţii curentului de coroziune a cuprului în absenţa oxigenului. Datele obţinute pe modelul de cupru demonstrează aplicabilitatea EIS în studiul coroziunii implanturilor şi diferenţierii tisulare.

Introduction. EIS is an effective technique for investigating material corrosion and interfacial properties by evaluating charge transfer resistance, phase angle, and other related parameters. In medicine, it is applied to the study of dental alloy corrosion, implants, tissue differentiation, and drug evaluation. Objective. The study of corrosion of bulk, micrometric, and nanowire copper surfaces in corrosive environments using EIS, and the comparison the Results. obtained with those recorded by voltammetry. Material and methods. Electrochemical impedance spectra were recorded using an Autolab PGSTAT 302N potentiostat equipped with NOVA software, in solutions of 0.28 mol/L Na4P2O7 and 0.5 mol/L Na2SO4, over a frequency range from 104 to 10“3 Hz, applying an amplitude of 10 mV and acquiring 80 data points. Equivalent circuit parameters were extracted using ZView2 software. Results. The corrosion rate in voltammetry is correlated with the corrosion current density (jcor), which is inversely proportional to the charge transfer resistance (R), a parameter determined by electrochemical impedance spectroscopy. The Results. obtained from the study of copper corrosion in sodium pyrophosphate and sodium sulphate electrolytes, using EIS, for both bulk samples (S = 2.5 cm2) and micrometric samples (d = 10, 25, 50, 500 gm), as well as nanowires (d = 10, 100, 200 nm), indicate an increase in charge transfer resistance (i.e., corrosion resistance) and a decrease in double-layer capacitance after the removal of oxygen from the system. Conclusion. The Results. obtained by EIS agree with those recorded by voltammetry, indicating a decrease in the corrosion current density of copper under oxygen-free conditions. The data obtained using the copper model demonstrate the applicability of EIS in studying implant corrosion and tissue differentiation.