電化學(xué)是研究兩類導(dǎo)體形成的帶電界面現(xiàn)象及其上所發(fā)生的變化的科學(xué)。從電化學(xué)學(xué)科的產(chǎn)生到現(xiàn)在，已形成了合成電化學(xué)、量子電化學(xué)、半導(dǎo)體電化學(xué)、有機(jī)導(dǎo)體電化學(xué)、光譜電化學(xué)、生物電化學(xué)等多個分支。電化學(xué)在化工、冶金、機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學(xué)、材料、能源、金屬腐蝕與防護(hù)、環(huán)境科學(xué)等科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前世界上十分關(guān)注的研究課題, 如能源、材料、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)等等都與電化學(xué)以各種各樣的方式關(guān)聯(lián)在一起。

電化學(xué)測試是使用電化學(xué)測試設(shè)備給被測系統(tǒng)施加激勵，使用電化學(xué)測試設(shè)備檢測被測系統(tǒng)的響應(yīng)，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到系統(tǒng)的特性，達(dá)到研究被測系統(tǒng)的目的。電化學(xué)工作站便是其中的電化學(xué)測試設(shè)備。

電化學(xué)工作站是電化學(xué)測量系統(tǒng)的簡稱，是電化學(xué)研究和教學(xué)中重要的測量設(shè)備，電化學(xué)工作站的本質(zhì)是用于控制和監(jiān)測電化學(xué)池中的電流、電位及其它電化學(xué)參數(shù)變化的儀器設(shè)備[5]。電化學(xué)工作站的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。

圖2-1 電化學(xué)工作站的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

下位機(jī)由主控制電路、電化學(xué)參數(shù)測試電路、電源電路等組成。

接口技術(shù)是以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向快速、準(zhǔn)確的傳輸為目的，常用的是RS232串口、RS458、CAN總線、USB技術(shù)等接口技術(shù)，傳統(tǒng)的電化學(xué)工作站的接口技術(shù)使用的是RS232串口，傳輸速率低。

上位機(jī)的主要功能是利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力分析數(shù)據(jù)，提供一個友好的軟件界面能使研究者使用電化學(xué)工作站更方便，這也是以人為本的設(shè)計思想的體現(xiàn)。計算機(jī)只要有Windows 7操作系統(tǒng)、USB接口，就可以使用我們研制的電化學(xué)工作站，可以是普通的微型計算機(jī)，也可以是小型計算機(jī)，還可以是大型的計算機(jī)。

我們制作的電化學(xué)工作站的主控制電路主要實現(xiàn)控制下位機(jī)的運行、控制產(chǎn)生需要的激勵信號、控制測試參數(shù)、控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。電化學(xué)參數(shù)測試電路包括恒電流儀、恒電位儀及其它測試系統(tǒng)。

恒電流儀：是一種重要的腐蝕檢測和電化學(xué)測量儀器，在電極過程動力學(xué)、電分析、電解、電鍍、金屬相分析、金屬腐蝕速度測量和各種腐蝕和防腐蝕研究，以及電化學(xué)保護(hù)參數(shù)測試等方面具有廣泛的用途[6]。恒電流儀能單獨使用，也能配合其他儀器如信號發(fā)生器、直流示波器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器等進(jìn)行多種動態(tài)和靜態(tài)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的試驗測量，適用于不同的科研研究、教學(xué)試驗和新產(chǎn)品開發(fā)及各種測量。

恒電位儀：是隨著環(huán)境條件的變化能自動地調(diào)整電流，使被控對象的電位保持恒定的儀器。恒電位儀整體說是一個負(fù)反饋放大—輸出系統(tǒng)，與被保護(hù)極構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過參比電極測量通電點電位，作為取樣信號與控制信號進(jìn)行比較，實現(xiàn)控制并調(diào)節(jié)極化電流輸出，使通電點電位得以保持在設(shè)定的控制電位上。

三電極系統(tǒng)：三電極系統(tǒng)的示意圖如圖2-2所示。

圖2-2 三電極系統(tǒng)示意圖

三電極系統(tǒng)是電化學(xué)測量應(yīng)用中常用的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包含工作電極(working electrode,WE)、輔助電極(counter electrode,CE)、參比電極(reference electrode,RE)。三電極系統(tǒng)主要研究的是工作電極的電極過程。由于電解液是有電阻、電容、電感的，所以三電極系統(tǒng)可以用圖2-3的電路進(jìn)行模擬。

圖2-3 三電極系統(tǒng)模擬電路圖

這樣，三電極系統(tǒng)便可以用兩個回路來描述。由工作電極、輔助電極、電源組成的回路是用來傳輸電子，使工作電極產(chǎn)生相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)的，由工作電極、參比電極組成的回路是用來測試工作電極的電位的。

三電極系統(tǒng)是由兩個電極系統(tǒng)發(fā)展而來的，常用的還有四電極系統(tǒng)及其它的多電極系統(tǒng)。兩個電極系統(tǒng)是指只有工作電極、輔助電極的系統(tǒng)，由于在進(jìn)行電化學(xué)測試時工作電極的電位及輔助電極的電位是變化的，所以所測的參數(shù)在一定范圍內(nèi)是變化的，在這個兩個電極系統(tǒng)加入一個電極電位不變的參比電極就可以精確地測量工作電極、輔助電極的電位了。參比電極的作用是可以提供一個穩(wěn)定的電極電位。