热分析课件

阻尼特性、固化、胶化、玻璃化等转 变分析、模量、粘度测定等
力学 性能
一、热分析概况 二、差热分析法(DTA) 三、差示扫描量热法(DSC) 四、热重分析法(TGA) 五、热分析连用技术
DTA原理：


差热分析(Differential Thermal Analysis)： 在程控温度下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分 析方法。 参比物：在测量温度范围内不发生任何热效应的物质，如Al2O3、MgO等。
TW 加热块温度 TB 参比物温度 TS 样品温度
图2-1 DTA工作曲线示意图
DTA装置：

用于差热分析的装置称为差热分析仪
测量系统
温控系统
图2-2 差热分析仪结构示意图 1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电偶；6-冰冷联结； 7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品热电偶；10-放大器；11记录器
典型DTA曲线：
图2-3 典型的DTA曲线
DTA的应用：
定性分析： 1、定性表征 依据：差热分析曲线特征 如各种吸热与放热峰的个数、形状及相应的温度等， 可定性分析物质的物理或化学变化过程。
•1899 英国人Roberts 热电偶测钢铁温度 (两点，参比物温度) 反相串联 信号放大 △e=eAB-e’ BA 温度~温度差
1 赛贝克热电效应: 电动势eAB (金属B) 热电偶示意图 (金属A)
(DTA)
2 加热
热分析简史：
•1905 德国人Tammann “Thermische Analyse” 热分析 •1915 日本人本多光太郎 热天平 温度~重量 (TGA)
DTA装置：
温度范围： -150 至2400 oC 测量系统： 低热容量测量头 分辨率： 0.05uV 真空： 可达10E-5mbar 气氛： 静态或动态气氛
DTA-PT1600差热分析仪
DTA装置：
温度范围：室温~1600℃ 准确度：1.0 % 升温速率：0.1~100℃/min
美国PE公司——DTA7质量ຫໍສະໝຸດ 静态力学 热机械法 (TMA)
动态力学 热分析法 (DMA)
程序控温条件下，测量在 升温、降温或恒温过程中 样品尺寸发生的变化
程序控温条件下，测量在 温度、时间、频率或应力 等状态变化过程中，材料 力学性质的变化
形变
-150~ 600
-170~ 600
膨胀系数、体积变化、相转变温度、 应力应变测定、重结晶效应分析等


物理性质 （质量、能量等）
温度（T）
静态
W0 WT W0 W
α= HT / H
程序控温
动态
动力学关系
T = To+βt
过程进度(α)
时间（t）
陆振荣: “热分析动力学”的演讲
E Gimzewski在1991建议修改为: 在程序温度和一定气氛下，测量试样的某种物理性质 与温度或时间关系的一类技术

常见的化学变化：脱水、降解、分解、氧化、还原、化合反应等。
热分析分类：

在热分析过程中，最基本和主要的参数是焓（ΔH），热 力学的基本公式是： ΔG=ΔH-TΔS 存在三种情况：ΔG<0，ΔG=0，ΔG>0


首先有焓变，同时常常也伴随着质量、力学、光学、电学、 磁学等性能的变化等。
热分析分类：
热量变化 加热 重量变化 尺寸变化 物 质 粘弹性变化 气体发生 冷却 热传导 DMA EGA 逸出气分析 DTA TGA TMA DSC DTG 重分析
微分热
电光磁等
热电法、热显微镜 法、热光谱法等
热分析 差热分析 法 (DTA) 差示扫描 量热法 (DSC) 热重法 (TGA)
定义 程序控温条件下，测量在 升温、降温或恒温过程中 样品与参比物间的温度差 程序控温条件下，测量在 升温、降温或恒温过程中 样品所吸收或释放的能量 程序控温条件下，测量在 升温、降温或恒温过程中 样品质量发生的变化
广义上，热分析技术包括许多与温度有关的实验测量 方法
热分析用途：
适用：材料和体系的性质、成分、结构、相变和化学反应 如：测量材料的熔点、玻璃化转变、晶型转变、液晶转变、 晶化温度和动力学、固化过程和动力学、纯度、热稳定性、 高分子材料的动态模量、损耗因子和键运动形态等等。
热分析依据：
在不同温度下，物质有三态：固、液、气。 固态物质又有不同的结晶形式：晶体、玻璃体等 常见的物理变化：熔化、凝固、结晶、升华、气化、吸收、吸附等
•1964 美国人Watson和Neill 示差扫描量热法构想 Perkin-Elmer公司商品化 (DSC) 温度~焓(热量)
热分析简史：
分析对象:
粘土、矿物质、金属 程控测绘、高精度、大范围 组合联用、复杂化
手工、误差大
有机物(高聚物)
生物大分子 (细胞、蛋白质)
同时联用：TGA—DTA 耦合联用：TGA—MS 接口 间隔联用：TGA—GC 收集
测量 参数 温度 差 热焓
温度范 围(℃) 20~ 1600 -170~ 725 20~ 1000
应用范围 熔化及结晶转变、二级转变、氧化还 有反应、裂解反应等的分析研究，主 要用于定性分析 定量测定多种热力学和动力学参数： 比热、反应热、转变热、反应速度和 高聚物结晶度等 熔点、沸点测定，热分散反应过程分 析与脱水量测定；生成挥发物质的固 相反应分析，固体与气体反应分析等
热分析定义：

热分析（thermal analysis）： 广义：分析物质的物质参数随温度变化的有关技术 狭义：在程序控制温度条件下，测量物质的物理性质 随温度变化的函数关系的一组技术。 (ICTA定义) 程序控制温度，就是把温度看着是时间的函数。取 T= () 其中是时间。 物质的物理性质的变化，即状态的变化，总是用温度T 这个状态函数来量度的。数学表达式为 F=f (T) 其中F是一个物理量，T是物质的温度。 则 F=f (T) =f’ ()
一、热分析概况 二、差热分析法(DTA)
热 分 析
三、差示扫描量热法(DSC) 四、热重分析法(TGA) 五、热分析连用技术 六、静态力学热机械法(TMA) 七、动态力学热分析法(DMA)
热分析简史：
•1887 法国人Le Chá rlier 铂铑热电偶测加热过程中粘土的温度 (单点，环境温度) 误差大 奠基人