热分析动力学学习教材PPT课件
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热分析ppt幻灯片课件(2024)
2024/1/28
26
化学反应动力学研究
01
反应速率常数测定
通过热分析技术，可以测定化学 反应的速率常数，了解反应在不 同温度下的速率变化。
02
反应活化能计算
03
反应机理研究
利用热分析数据，可以计算化学 反应的活化能，揭示反应发生的 难易程度。
结合热分析结果，可以推测化学 反应的可能机理，为深入理解反 应过程提供依据。
2024/1/28
拟合函数选择
根据数据特点选择合适的拟合函数，如多项式、指数、对数等。
拟合参数求解
利用最小二乘法等数学方法求解拟合参数，使拟合曲线与实际数据 最佳匹配。
拟合优度评估
通过计算相关系数、残差平方和等指标评估拟合效果。
19
结果解析与讨论
峰归属与物质鉴定
根据峰位、峰形等信息推断物质种类及结构 。
28
07
热分析在其他领域的 应用
2024/1/28
29
地质学领域应用
矿物鉴定
通过热分析技术可以鉴定矿物的种类和成分，为地质学研究提供重 要依据。
岩石学研究
利用热分析技术对岩石进行加热和冷却过程中的物理和化学变化研 究，有助于了解岩石的形成和演化过程。
地球化学研究
热分析技术可用于研究地球内部物质的热性质和热反应，揭示地球内 部物质循环和能量传递的机制。
2024/1/28
30
生物学领域应用
2024/1/28
生物大分子研究
通过热分析技术可以研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的热稳 定性和热变性行为，了解生物大分子的结构和功能关系。
生物组织研究
利用热分析技术对生物组织进行加热过程中的物理和化学变化研究 ，有助于了解生物组织的结构和功能特性。
第四章热分析1-3-1015PPT课件
6. 不同之间的晶型转变温度、晶型转变热（ 材料随温度变化，新相的生成、相变、磁 性转变、铁电相变等等）
7. 晶体的熔点、金属及其合金的熔点？
8. 炸药爆炸的温度、煤的高温裂解？过程的 热量？
9. 金属氮化物、碳化物等的合成过程动力学 研究、动力学参数等。
STA 449C同步热分析仪结构简图
3.1.4 对仪器的共同要求
1. 炉子和冷却系统 great variability in temperature programming 升温速率变化范围要大
wide temperature ranges 温度范围宽
the temperature are monitored and precisely maintained in accordance with the calibration by on-line computers. 温度可由在线计算机控制、记录
物理性质 尺寸 力学特性
导热
电学特性 磁学特性
分析技术名称 热膨胀 热机械分析
动态热机械分析 热扩散系数测试 热导率常数测试 热电学法 热磁学法
4.1.2热分析方法分类
依据检测信号的传感器可分为 : 1、TG——Thermogravity(TG)——measures
changes of the sample’s mass when the temperature is changed; 测量试样的质量随其温度的变化关系； 2、DSC——Differential Scanning Calorimetry--measures the amount of heat absorbed or emitted by the sample;
1. 脱水（温度？水量？）（如化学药剂中 的水、化学法制备的粉、原料中的结晶 水、吸附水等）
7. 晶体的熔点、金属及其合金的熔点？
8. 炸药爆炸的温度、煤的高温裂解？过程的 热量？
9. 金属氮化物、碳化物等的合成过程动力学 研究、动力学参数等。
STA 449C同步热分析仪结构简图
3.1.4 对仪器的共同要求
1. 炉子和冷却系统 great variability in temperature programming 升温速率变化范围要大
wide temperature ranges 温度范围宽
the temperature are monitored and precisely maintained in accordance with the calibration by on-line computers. 温度可由在线计算机控制、记录
物理性质 尺寸 力学特性
导热
电学特性 磁学特性
分析技术名称 热膨胀 热机械分析
动态热机械分析 热扩散系数测试 热导率常数测试 热电学法 热磁学法
4.1.2热分析方法分类
依据检测信号的传感器可分为 : 1、TG——Thermogravity(TG)——measures
changes of the sample’s mass when the temperature is changed; 测量试样的质量随其温度的变化关系； 2、DSC——Differential Scanning Calorimetry--measures the amount of heat absorbed or emitted by the sample;
1. 脱水（温度？水量？）（如化学药剂中 的水、化学法制备的粉、原料中的结晶 水、吸附水等）
热分析PPT
【例2】P522，习题3 先由标准物质（In）的数据计算k：
H m 28.45J g 1 12.1 10 3 g k 3.70 10 3 J unit 1 A 93unit
再计算三十二烷的链旋转转变能：
k A 3.70 10 3 J unit 1 158unit 1 H 57 . 3 J g m 10.2 10 3 g
17.3
DTA和DSC的应用示例
由峰的位置、形状、 数目及其面积表征、鉴 定物质、测定热化学参 数。
高聚物的DTA曲线、 Tg为玻璃化转化温度， 微结晶化和氧化——放 热，熔化、分解——吸 热。
七种聚合物混合物的DTA曲线，利用它们各自的熔融吸热 峰的特征性，由峰顶温度鉴定。
ICTA 建议以外推起始温度 （ Te ）值为熔点，相应的熔化 热由峰面积求出。 DSC测定比热容（Cp）在同 样操作条件下 Cp· m ∝ dH dt
热 分 析 技 术 名 称
热重法（thermogravimetry, TG 差 热 分 析 （ differential thermal analysis, DTA）
物 理 性 质
质量 温度
差示扫描量热法（ differential scanning calorimetriy, DSC）
热量
17.1
17.2.2 DTA曲线和DSC曲线
DTA曲线和DSC曲线共同点是“峰”，即当试样因转变 dH （或反应）产生热效应时，ΔT（或 ）会偏离基线，逐 dt 渐达到峰顶，然后又回来。
典 型 的 DTA 曲 线 吸热峰朝下，放热峰 朝上外推起始温度 Te 峰温Tm
DSC曲线，峰的方向与热力学性质一致，吸热峰（焓 增）向上，放热峰（焓减）向下。这与DTA曲线恰好相反。
2024版热分析法PPT课件
热分析法PPT课件•热分析法概述•热分析法的实验技术•热分析法的数据处理与解析•热分析法在材料科学中的应用目•热分析法在化学领域的应用•热分析法的优缺点及发展前景录热分析法概述热分析法的定义与原理定义原理材料科学用于研究材料的热稳定性、相变、热分解等性质，以及材料的组成和结构。
化学分析用于确定物质的组成、纯度、热稳定性等，以及研究化学反应的热力学和动力学。
生物医学用于研究生物组织的热性质、生物大分子的热稳定性以及药物的热分析。
环境科学用于研究环境污染物的热性质、热分解以及环境样品的热分析。
早期阶段发展阶段现代阶段热分析法的实验技术定义热重分析（Thermogravimetric Analysis ，TGA ）是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。
要点一要点二原理物质在加热过程中会伴随质量的变化，这种变化是由于物质的分解、挥发、升华等物理或化学过程引起的。
通过测量物质质量随温度的变化，可以得到物质的热稳定性、热分解温度、热分解过程等信息。
应用热重分析广泛应用于无机物、有机物及聚合物的热分解研究，以及固体物质的成分分析等领域。
要点三定义01原理02应用03差示扫描量热法定义原理应用热机械分析定义原理应用热分析法的数据处理与解析数据采集数据预处理数据转换030201数据处理的基本步骤数据解析的方法与技巧峰识别与解析01基线选择与调整02动力学参数计算03数据可视化与报告生成数据可视化结果解读与讨论报告生成热分析法在材料科学中的应用热重分析（TGA）通过测量材料在升温过程中的质量变化，研究其热分解、氧化等反应，评估材料的热稳定性。
差热分析（DTA）记录材料在升温或降温过程中的热量变化，分析材料的热效应，判断其热稳定性。
热机械分析（TMA）测量材料在温度变化过程中的形变和应力，研究材料的热膨胀、收缩等性能，评估其热稳定性。
材料热稳定性的研究材料相变过程的探究差示扫描量热法（DSC）热光分析X射线衍射分析（XRD）体积热膨胀系数测定测量材料在升温过程中的体积变化，计算其体积热膨胀系数，了解材料的热膨胀特性。
热分析ppt课件
29
我们可选择不同的温度，得到其等温结晶曲线，分别 求出其n、Z和K（结晶速率常数）值。利用阿累尼乌
斯公式: K Aexp(E / RT) 1
从K与 T 的关系还可以求出该物质的结晶活化能E。式
中A为频率因子，E为结晶活化能。
30
1 2
问题:非晶和结晶的全同立构 聚苯乙烯的动态力学模量曲 线有何区别，为什么？
图4-31 全同立构聚苯乙烯的动态力学性
能.1．非晶的；2．结晶的
25
三、应用题
1. TG法研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能
反应动力学方程： v d kf ( )
失重率 w0 wtdt
w0
阿累尼乌斯公式：
17
7’.热固性树脂（如环氧树脂）的交 联固化过程的研究 除了DSC外，动态力学方法也是 研究环氧树脂固化反 应过程、 固化动力学的一种重要手段。
0.5
1.5
0
-0.5
1 LOG p2 -1.0
-1.5
-2.0
................................................................
12
DSC /(mW/mg) 放热
0.9
4.计算样品结晶度
0.8
面积: 45.05 J/g
0.7
面积: -29.13 J/g
0.6
0.5
[4.1]
0.4
0.3
结晶度: 11.37 %
0.2
0.1
50
100
150
200
250
温度 /℃
14
5.什么叫过冷度？它的大小表征什么？ 过冷度：Td=Tm-Tc 采用的热分析方法及吸放热方向
我们可选择不同的温度，得到其等温结晶曲线，分别 求出其n、Z和K（结晶速率常数）值。利用阿累尼乌
斯公式: K Aexp(E / RT) 1
从K与 T 的关系还可以求出该物质的结晶活化能E。式
中A为频率因子，E为结晶活化能。
30
1 2
问题:非晶和结晶的全同立构 聚苯乙烯的动态力学模量曲 线有何区别，为什么？
图4-31 全同立构聚苯乙烯的动态力学性
能.1．非晶的；2．结晶的
25
三、应用题
1. TG法研究高聚物裂解反应动力学和测定活化能
反应动力学方程： v d kf ( )
失重率 w0 wtdt
w0
阿累尼乌斯公式：
17
7’.热固性树脂（如环氧树脂）的交 联固化过程的研究 除了DSC外，动态力学方法也是 研究环氧树脂固化反 应过程、 固化动力学的一种重要手段。
0.5
1.5
0
-0.5
1 LOG p2 -1.0
-1.5
-2.0
................................................................
12
DSC /(mW/mg) 放热
0.9
4.计算样品结晶度
0.8
面积: 45.05 J/g
0.7
面积: -29.13 J/g
0.6
0.5
[4.1]
0.4
0.3
结晶度: 11.37 %
0.2
0.1
50
100
150
200
250
温度 /℃
14
5.什么叫过冷度？它的大小表征什么？ 过冷度：Td=Tm-Tc 采用的热分析方法及吸放热方向
热分析技术(最新版)PPT课件
特点
设备简单、操作方便、试样用量少； 但精度较低、分辨率差。
应用
研究物质的物理变化（晶型转变、熔 融、升华和吸附等）和化学变化（脱 水、分解、氧化和还原等）。
差示扫描量热法
原理
在程序控制温度下，测量输入到 物质和参比物的功率差与温度的
关系。
应用
测定多种热力学和动力学参数， 如比热容、反应热、转变热等； 研究高分子材料的结晶、熔融和
流体中由于温度差异引起的密度变 化而产生的宏观运动，是热量传递 的一种重要方式。
热辐射
物体通过电磁波的形式发射和吸收 能量，其辐射强度与物体温度、表 面性质等因素有关。
热分析中的物理量与单位
温度
热力学系统的一个物理属性，表示物体冷 热的程度，常用单位有摄氏度、华氏度、
开尔文等。
热容
物体在温度变化时所吸收或放出的热量与 其温度变化量之比，常用单位有焦耳/摄氏
环境科学领域应用
大气污染物分析
利用热分析技术可以对大气中的 污染物进行分析和鉴定，揭示大 气污染物的来源和危害。
土壤污染物分析
通过热分析技术可以分析土壤中 的污染物，评价土壤的污染程度 和生态风险。
环境样品热性质研究
利用热分析技术可以研究环境样 品的热性质，如热稳定性、热分 解温度等，为环境科学研究和环 境保护提供技术支持。
热机械分析法
原理
01
在程序控制温度下，测量物质在非振动载荷下的形变与温度的
关系。
应用
02
研究材料的热膨胀系数、玻璃化转变温度、流动温度等；评估
材料的尺寸稳定性、内应力和热震稳定性等。
特点
03
能直接测量材料的形变，反映材料的机械性能随温度的变化；
第3篇_热分析PPT
功率补偿型DSC仪器的主要特点
1. 试样和参比物分别具有独立的加热器和 传感器见图。整个仪器由两套控制电路进 行监控。一套控制温度，使试样和参比物 以预定的速率升温，另一套用来补偿二者 之间的温度差。 2. 无论试样产生任何热效应，试样和参比 物都处于动态零位平衡状态，即二者之间 的温度差T等于0。 这是DSC和DTA技术最本质的区别。
微商热重法DTG
仪器具备功能，峰面积与失重正比 dm/dt=f(T)曲线
二阶微商=0拐点,失重速率最大
可以看出TG曲线上难看出的信息
thermal analysis
DTG
TG和微商热重法DTG曲线
TG和微商热重法DTG曲线对比
140,180,205℃三个峰 不同温度失水 450℃一个峰 同时失CO
于 温 度 突 变 重 量 不 变 的 情 况
晶体熔化
高聚物分解
高 半聚 物 晶 的 的 峰体强 面 度 积高︑ 于聚柔 晶 性 体物决 重材定 量 于 成料结 比 晶 例 度 180℃
晶型转变
相变如熔融
thermal analysis
反应特别是无质量变化
应用
差示量热计代替加热炉 样品和参比物各自独立加热 产生温差用继电器启动功率补偿，保持同温 分析曲线与DTA相同，但更准确 应用：测反应焓、比热 应用：观察熔点降低，测高纯有机物中杂质
测定的物理量 方法名称 质 量 热重法 等压质量变化测定 逸出气检测 逸出气分析 放射热分析 热微粒分析 升温曲线分析 差热分析
简 称 TA EGD EGA
测定的物理量 方法名称 尺 寸 力学量 声学量
简称
热膨胀法 TMA 热机械分析 动态热机械法 DM A 热发声法 热传声法 热光学法 热传声法 热磁学法
热分析PPT课件
热力学基础知识
热力学系统
研究对象，与周围环境有能量和 物质交换的体系
状态函数
描述系统状态的物理量，如温度、 压力、体积等
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用， 表达式为ΔU=Q+W
热力学第二定律
热量不可能自发地从低温物体传 到高温物体，表达为ΔS≥0
热分析方法分类与特点
差热分析（DTA）
在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温 度变化的技术
06
热分析技术在材料科学中应用
材料性能表征与评估
热重分析（TGA）
通过测量材料在升温过程中的质量变化，研究其热稳定性、分解温 度、氧化稳定性等。
差热分析（DTA）
记录样品与参比物之间的温度差随温度变化的曲线，用于研究材料 的热效应、相变、反应动力学等。
差示扫描量热法（DSC）
测量样品与参比物之间的功率差随温度变化的曲线，用于研究材料 的熔点、结晶度、玻璃化转变温度等。
材料相变过程研究
01
相变温度的确定
通过热分析方法确定材料的固固相变、固-液相变、液-气相变 等相变温度。
02
相变动力学研究
03
相变机理探讨
研究材料在相变过程中的动力学 行为，如相变速率、相变活化能 等。
结合热分析数据与其他表征手段， 探讨材料相变的机理和影响因素。
材料老化、失效预测和寿命评估
热氧化稳定性评估
数据处理
将实验数据导入计算机，利用相关软件进行数据处理和 分析，如绘制热机械曲线、计算热膨胀系数等。
应用实例及优缺点分析
应用实例
研究材料的热稳定性、热膨胀性、相变等。
优点
可测量物质在宽温度范围内的热机械性能，提供丰富 的信息；实验操作简单，结果可靠。
热分析技术 (Thermal Analysis)ppt课件
充油体系
常用芳香油Tg 232K (-41C) 或萘油Tg208 K。芳香油Tg 高于SBR，使 Tg升高，萘油 使Tg降低。
Tg oil-extended rubber C
K为两种均聚物热胀系数之比
精选ppt
32
wii(Tg - Tg i) = 0
三组分体系
w11(Tg - Tg1) + w22(Tg - Tg2) + w33(Tg - Tg3) = 0
Tg (w11 + w22 + w33 ) = w11Tg1 + w22Tg2+ w33Tg3
Tg
w11Tg1 w22Tg2 w33Tg3 w11 w22 w33
精选ppt
7
精选ppt
8
精选ppt
9
精选ppt
10
精选ppt
11
示差扫描量热测定时记录的热谱图称之为DSC 曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt， 也称作热流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温 度（T）或时间（t）。在DSC热谱图中，必须标明 吸热(endothermic) 与放热(exothermic)效应的方向
精选ppt
28
研究实例：轮胎橡胶Tg测定
轮胎橡胶Tg的重要性： Tg值高(约 -40C)，抓着性高，但滚动阻力大，耐磨 差，耐低温性差
Tg低(约 -90C)，滚动阻力小，耐磨高，耐低温性高， 但抓着性差
因此轮胎橡胶都是不同胶的共混物
精选ppt
29
常用的轮胎胶
ESBR SSBR BR NR IR
丁苯橡胶
国际标准ISO 11357-1：
DSC是测量输入到试样和参比物的热流量差或功率 差与温度或时间的关系
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热分析动力学
（Thermal Analysis Kinetics)
“ …What do bread and chocolate, hair and finger-nail clippings, coal and rubber, ointments and suppositories, explosives, kidney stones and ancient Egyptian papyri have in common? Many interesting answers could probably be suggested, but the connection wanted in this context is that they all undergo interesting and practically important changes on heating…”
1/n ln
2. Sigmoid Am m(1)[ln(1)]11/m B1 (1) B2 (1/2)(1)[ln(1)]1 B3 (1/3)(1)[ln(1)]2 B4 (1/4)(1)[ln(1)]3
[-ln(1-a)]1/m ln[/(1)] [ln(1)]2 [ln(1)]3 [ln(1)]4
均相反应： f ( c）= ( 1 － c）n
非均相反应：根据控制反应速率的“瓶颈”
气体扩散 相界面反应 成核和生长
非均相反应(固体或固气反应) 引入相界面 转化率α表示进程 与体积之比 ……… ……… ……… ……… 速引 ……… ……… ……… ……… 率入 ……… ……… ……… 气体扩散 步控 浓度C表示进程, 骤制
How ? — 方法
微分式：
d
dT
( A / ) exp( E / RT ) f ( )
g ( ) k (T )t
g ( ) d ( ) / f ( )
0
积分式:
g ( ) ( A / ) exp( E / RT )dT
( A / ) exp( E / RT )dT
0
T
T0 T
1. 实验数据的准备
TG：
—— M.E.Brown《Introduction to Thermal Analysis:Techniques and Applications》
引
言
What?
Why?
When? Where?
What ? — 定义和结果
什么是热分析动力学(KCE)？ 用热分析技术研究某种物理变化或化学 反应(以下统称反应)的动力学 热分析动力学获得的信息是什么？ 判断反应遵循的机理、得到反应的动力 学速率参数(活化能E和指前因子A等)。 即动力学 “三联体”（kinetic triplet）
3. Deceleratory R2 2(1)1/2 1(1)1/2 R3 3(1)2/3 1(1)1/3 D1 1/2 2 D2 [1ln(1)]1 (1)ln(1)+ D3 (3/2)(1)2/3[1(1)2/3]1 [1(1)1/3]2 D4 (3/2)[(1)1/31]1 12/3(1)2/3 D5 (3/2)(1)2/3[(1)1/31]1 [(1)1/31]2 D6 (3/2)(1)4/3[(1)1/31]1 [(1)1/31]2
Arrhenius 常数： k(
T )=Aexp( -E/RT )
1.回顾篇
How?
Idealized and Empirical Kinetic Models for Heterogeneous Reactions Methodology of Kinetic Analysis
How? —— 动力学模式(机理)函数
Why ? — 条件和目的
为什么热分析能进行动力学 研究？ 为什么要做动力学分析？
热分析：在程序控温下，测量物质的物理性质与 温度的关系的一类技术 (5th ICTA)
物理性质
（质量、能量等）
温度（T）
W0 WT W0 W
α= HT / H
条 件
动力学关系
程序控温 T = To+βt
化学动力学 源于19世纪末－20世纪初 热分析动力学 始于20世纪30年代、盛于50年代
（主要应评估高分子材料在航空航天应用 中的 稳定性和使用寿命研究的需要）
Where ? —— 理论基础
等温、 均相
dc
dt
k (T ) f (c)
c α
dT/dt =β
不等 )k (T ) f ( )
F 1* F2 F3 F(3/2) F(5/2)
1 (1－) 2 (1－) 3/2 2(1) 3/2 (2/3)(1) 5/2
1n(1) 1/(1－) (1/1) 2 (1) 1/2 (1) 3/2
* F1 is the same as A1
Sestak-Berggren empirical function(1971) f ( ) m (1) n
过程进度(α)
时间（t）
目的
理论上：探讨物理变化或化学反应的机理（尤 其是非均相、不等温）
生产上：提供反应器设计参数
应用上：建立过程进度、时间和温度之间的关 系，可用于预测材料的使用寿命和产品的保质 稳定期，评估含能材料的危险性，从而提供储 存条件。此外可估计造成环境污染物质的分解 情况
When ? — 历史
级数反应
均相反应 (液相/气相)
瞬 间 成 核 引 入 维 数 一维
成核和生长
相界面推进
反应物界面收缩
引入成核速率 三维 二维 一维 二维 三维
引 入 收 缩 维 数
常见固态反应的机理函数（理想化）
1. Acceleratory (The shape of a ~T Symbol f(a) Pn n()1-1/n E1 curve) g(a)
（Thermal Analysis Kinetics)
“ …What do bread and chocolate, hair and finger-nail clippings, coal and rubber, ointments and suppositories, explosives, kidney stones and ancient Egyptian papyri have in common? Many interesting answers could probably be suggested, but the connection wanted in this context is that they all undergo interesting and practically important changes on heating…”
1/n ln
2. Sigmoid Am m(1)[ln(1)]11/m B1 (1) B2 (1/2)(1)[ln(1)]1 B3 (1/3)(1)[ln(1)]2 B4 (1/4)(1)[ln(1)]3
[-ln(1-a)]1/m ln[/(1)] [ln(1)]2 [ln(1)]3 [ln(1)]4
均相反应： f ( c）= ( 1 － c）n
非均相反应：根据控制反应速率的“瓶颈”
气体扩散 相界面反应 成核和生长
非均相反应(固体或固气反应) 引入相界面 转化率α表示进程 与体积之比 ……… ……… ……… ……… 速引 ……… ……… ……… ……… 率入 ……… ……… ……… 气体扩散 步控 浓度C表示进程, 骤制
How ? — 方法
微分式：
d
dT
( A / ) exp( E / RT ) f ( )
g ( ) k (T )t
g ( ) d ( ) / f ( )
0
积分式:
g ( ) ( A / ) exp( E / RT )dT
( A / ) exp( E / RT )dT
0
T
T0 T
1. 实验数据的准备
TG：
—— M.E.Brown《Introduction to Thermal Analysis:Techniques and Applications》
引
言
What?
Why?
When? Where?
What ? — 定义和结果
什么是热分析动力学(KCE)？ 用热分析技术研究某种物理变化或化学 反应(以下统称反应)的动力学 热分析动力学获得的信息是什么？ 判断反应遵循的机理、得到反应的动力 学速率参数(活化能E和指前因子A等)。 即动力学 “三联体”（kinetic triplet）
3. Deceleratory R2 2(1)1/2 1(1)1/2 R3 3(1)2/3 1(1)1/3 D1 1/2 2 D2 [1ln(1)]1 (1)ln(1)+ D3 (3/2)(1)2/3[1(1)2/3]1 [1(1)1/3]2 D4 (3/2)[(1)1/31]1 12/3(1)2/3 D5 (3/2)(1)2/3[(1)1/31]1 [(1)1/31]2 D6 (3/2)(1)4/3[(1)1/31]1 [(1)1/31]2
Arrhenius 常数： k(
T )=Aexp( -E/RT )
1.回顾篇
How?
Idealized and Empirical Kinetic Models for Heterogeneous Reactions Methodology of Kinetic Analysis
How? —— 动力学模式(机理)函数
Why ? — 条件和目的
为什么热分析能进行动力学 研究？ 为什么要做动力学分析？
热分析：在程序控温下，测量物质的物理性质与 温度的关系的一类技术 (5th ICTA)
物理性质
（质量、能量等）
温度（T）
W0 WT W0 W
α= HT / H
条 件
动力学关系
程序控温 T = To+βt
化学动力学 源于19世纪末－20世纪初 热分析动力学 始于20世纪30年代、盛于50年代
（主要应评估高分子材料在航空航天应用 中的 稳定性和使用寿命研究的需要）
Where ? —— 理论基础
等温、 均相
dc
dt
k (T ) f (c)
c α
dT/dt =β
不等 )k (T ) f ( )
F 1* F2 F3 F(3/2) F(5/2)
1 (1－) 2 (1－) 3/2 2(1) 3/2 (2/3)(1) 5/2
1n(1) 1/(1－) (1/1) 2 (1) 1/2 (1) 3/2
* F1 is the same as A1
Sestak-Berggren empirical function(1971) f ( ) m (1) n
过程进度(α)
时间（t）
目的
理论上：探讨物理变化或化学反应的机理（尤 其是非均相、不等温）
生产上：提供反应器设计参数
应用上：建立过程进度、时间和温度之间的关 系，可用于预测材料的使用寿命和产品的保质 稳定期，评估含能材料的危险性，从而提供储 存条件。此外可估计造成环境污染物质的分解 情况
When ? — 历史
级数反应
均相反应 (液相/气相)
瞬 间 成 核 引 入 维 数 一维
成核和生长
相界面推进
反应物界面收缩
引入成核速率 三维 二维 一维 二维 三维
引 入 收 缩 维 数
常见固态反应的机理函数（理想化）
1. Acceleratory (The shape of a ~T Symbol f(a) Pn n()1-1/n E1 curve) g(a)