材料化学课件：5-差热分析(1).ppt

1、 在程序控温下，测量物质在程序控温下，测量物质的物理性质与温度关系的的物理性质与温度关系的一类技术一类技术。 图图1 1 热分析的一般曲线图热分析的一般曲线图 图图2 2 某聚合物样品的重量某聚合物样品的重量 随温度的变化关系随温度的变化关系 图图4 CuSO4 CuSO4 4. .5H5H2 2O O 热失重过程热失重过程 测试方法：热重分析；测试方法：热重分析； 曲线形式：重量保持率曲线形式：重量保持率-温度关系；温度关系； 测试结果：测试结果： 结晶水比例结晶水比例。 图图5 5 热分析方法的基本类型热分析方法的基本类型 质量变化质量变化 热重法热重法 微熵热重法微熵热重法 热学性质变化

2、热学性质变化 差热分析差热分析 差示扫描量热法差示扫描量热法 力学性质变化力学性质变化 静态热机械法静态热机械法 动态热机械法动态热机械法 其他性质其他性质 热声法热声法 热电法热电法 热磁法热磁法 热光法热光法 热分析技术热分析技术 图图6 6 热分析方法的基本类型热分析方法的基本类型 热分析技术热分析技术 单一热分析技术单一热分析技术 联用热分析技术联用热分析技术 差热分析；差热分析；热重分析；热重分析； 动态热机械分析；动态热机械分析； 热介电分析；热介电分析；热折光分析；热折光分析； 热重热重-差热分析；差热分析；质谱质谱-差热分析；差热分析；质谱质谱-热重分析；热重分析； 红外光谱红

3、外光谱-差热分析；差热分析； 紫外光谱紫外光谱-差热分析；差热分析； H. Le Chatelier H. Le Chatelier 法国科学家法国科学家 图图8 H.Le.Chatelier8 H.Le.Chatelier发表的加热曲线图发表的加热曲线图 W. C. Roberts-Austen W. C. Roberts-Austen 英国科学家英国科学家 图图9 W.C.Roberts-Austen 9 W.C.Roberts-Austen 获得获得 的电解铁差热曲线图的电解铁差热曲线图 图图10 10 差热分析仪器结构示意图差热分析仪器结构示意图 图图11 11 差示扫描量热分析技术差

4、示扫描量热分析技术 各类热转变各类热转变物理变化物理变化化学变化化学变化l 相转变相转变l 玻璃化转变（吸热）玻璃化转变（吸热）l 熔融（吸热）熔融（吸热）l 结晶（放热）结晶（放热）l 热分解（吸热）热分解（吸热）l 氧化反应（放热）氧化反应（放热）l 交联（吸热交联（吸热 / 放热）放热）l 其他化学反应其他化学反应共同特点：均有热效应发生（吸热或放热）共同特点：均有热效应发生（吸热或放热） 图图12 12 常见的热惰性物质常见的热惰性物质 氧化铝氧化铝 氧化铁氧化铁 图图13 13 请点击动画链接http:/ 图图14 14 请点击动画链接http:/ 图图15 15 请点击动画链接ht

5、tp:/ 图图16 16 请点击动画链接http:/ 图图17 DTA 17 DTA 曲线图曲线图 图图18 DTA 18 DTA 曲线图曲线图 图图19 DTA19 DTA曲线图（实例）曲线图（实例） 图图20 20 请点击动画链接http:/ 图图21 21 请点击动画链接http:/ 图图22 22 请点击动画链接http:/ 图图23 23 请点击动画链接http:/ 图图24 24 请点击动画链接http:/ 图图25 DSC 25 DSC 曲线图曲线图 图图26 DSC 26 DSC 曲线图曲线图 图图27 27 请点击动画链接http:/ （a a）升温过程）升温过程1010o

6、oC/min C/min （b b）降温过程）降温过程1010o oC/min C/min 图图28. DSC28. DSC曲线图（实例）曲线图（实例） 图图29. DTA29. DTA（DSCDSC）曲线上峰位置的确定）曲线上峰位置的确定 图图30.30.玻璃化转变峰位置的确定玻璃化转变峰位置的确定 图图31.DSC31.DSC曲线上峰面积的求算曲线上峰面积的求算 (/)BAttQdH dt dt 图图32.32.玻璃化转变温度的比较（实例）玻璃化转变温度的比较（实例） 图图33.33.差热分析仪结构组成示意图差热分析仪结构组成示意图 图图34.34.差示扫描量热分析仪结构组成示意图差示扫描

7、量热分析仪结构组成示意图 图图35.35.差示扫描量热分析仪仪器外形（差示扫描量热分析仪仪器外形（Q200Q200） 图图36.36.炉体结构示意图炉体结构示意图 图图37.DSC37.DSC仪器自动进样设备仪器自动进样设备 图图38.DSC38.DSC仪器制样压片机仪器制样压片机 图图39.DSC39.DSC仪器制冷设备：液氮罐（左）和机械制冷（右）仪器制冷设备：液氮罐（左）和机械制冷（右） 图图40. DSC40. DSC仪器炉体内样品台结构仪器炉体内样品台结构 图图41.41.带有压力控制系统的带有压力控制系统的DSCDSC仪器（仪器（Q20PQ20P） 图图42.42.带有紫外光测量系

8、统的带有紫外光测量系统的DSCDSC仪器（仪器（PCAPCA） 图图43.43.美国美国TATA公司产的公司产的DSCDSC仪器系列（仪器系列（Q2000-Q20) Q2000-Q20) p 控温范围：控温范围： -180-180o oC C 到到 15001500o oC C；p 升降温速率升降温速率: 0.001-100 K/min: 0.001-100 K/min；p 控温精确度：控温精确度： 0.050.05o oC C；p 量热精确度：量热精确度： 0.1%0.1%；p 基线弯曲度：基线弯曲度： 10uW ;10uW ;p 制冷方式：制冷方式： 液氮冷却、机械制冷；液氮冷却、机械制冷

9、； p 块状样品：从固体样品切取；块状样品：从固体样品切取；p 粉末样品：如无机纳米氧化物等；粉末样品：如无机纳米氧化物等； p 纤维样品：如碳纤维、玻璃纤维等；纤维样品：如碳纤维、玻璃纤维等； p 薄膜样品：如固化涂膜、塑料薄膜等；薄膜样品：如固化涂膜、塑料薄膜等；p 液态样品：如低分子有机样品；液态样品：如低分子有机样品；p 气态样品：无法进行。气态样品：无法进行。 p 样品用量：合理范围，一般样品用量：合理范围，一般5-10mg 5-10mg ； p 样品装填：确保均匀传热，要求紧密；样品装填：确保均匀传热，要求紧密； p 样品清洁：避免污染，预先去除溶剂；样品清洁：避免污染，预先去除溶

10、剂； p 样品危害：避免受热副产物的腐蚀等。样品危害：避免受热副产物的腐蚀等。 用量过多，易造成传热变慢以用量过多，易造成传热变慢以及不均匀，从而使转变峰位置及不均匀，从而使转变峰位置向高温移动，同时使相邻峰位向高温移动，同时使相邻峰位置靠近。一般用量尽可能少，置靠近。一般用量尽可能少，5-10 mg5-10 mg。 一般，一般，DTADTA（DSCDSC）曲线形状随）曲线形状随升温速度变化而改变。当升温升温速度变化而改变。当升温速度增大，峰温向高温方向偏速度增大，峰温向高温方向偏移，峰形变得尖而陡。移，峰形变得尖而陡。 随升温速度的提高，相邻峰会随升温速度的提高，相邻峰会发生合并，使分辨率下

11、降；而发生合并，使分辨率下降；而灵敏度则随升温速度的提高而灵敏度则随升温速度的提高而增大。一般，增大。一般，10-20 10-20 o oC/minC/min。 由于样品细度、几何形状不同由于样品细度、几何形状不同，将会影响传热过程的动力学，将会影响传热过程的动力学规律，从而使规律，从而使 DTADTA（DSCDSC） 峰峰形状、位置发生改变。形状、位置发生改变。 对于有气相参与的化学反应，对于有气相参与的化学反应，峰温和形状会受气氛压力的影峰温和形状会受气氛压力的影响。而对于不涉及气相的转变响。而对于不涉及气相的转变如晶型转变、熔融、结晶及玻如晶型转变、熔融、结晶及玻璃化转变等则影响不大。璃化转变等则影响不大。 所用气氛性质如氧化性、还原所用气氛性质如氧化性、还原性以及惰性等对曲线影响很大性以及惰性等对曲线影响很大，对于易氧化的样品，在氧气，对于易氧化的样品，在氧气或惰性气氛中结果完全不同。或惰性气氛中结果完全不同。 p 样品坩埚的材质、形状等；样品坩埚的材质、形状等；p 热电偶的位置及形状；热电偶的位置及形状；p 样品的装填方式；样品的装填方式；p 参比物和稀释剂的种类、用量等；参比物和稀释剂的种类、用量等；