材料分析测试 热分析法(课堂PPT)
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热分析ppt幻灯片课件
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 。
热稳定性评价
通过比较不同物质的热分解温度、热稳定性 参数等评估其热稳定性。
反应动力学分析
研究物质在加热过程中的反应速率、活化能 等动力学参数，揭示反应机理。
结果可靠性验证
采用多种方法对数据结果进行交叉验证，确 保结果准确性和可靠性。
04
原理
在程序控制温度下，测量 物质的质量与温度的关系 。
应用
用于研究物质的热稳定性 、分解过程、挥发过程等 热性质，以及进行物质的 定性和定量分析。
优点
设备简单，操作方便，可 测量宽温度范围内的热性 质。
缺点
对样品的均匀性要求较高 ，易受气氛影响。
热机械分析法
原理
在程序控制温度下，测量物质的尺寸或形状 变化与温度的关系。
反应平衡常数测定
利用热分析数据，可以计算化学反应的平衡常数 ，进而研究反应在不同温度下的平衡状态。
3
热化学方程式推导
基于热分析实验结果，可以推导化学反应的热化 学方程式，明确反应物和生成物之间的热力学关 系。
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。
优点
可直观观察物质的尺寸或形状变化，对研究 物质的热机械性能有重要意义。
应用
用于研究物质的热膨胀、收缩、相变等热性 质，以及进行物质的定性和定量分析。
缺点
设备较复杂，操作要求较高，对样品的形状 和尺寸有一定要求。
04
热分析数据处理与解 析
数据处理基本方法
数据平滑处理
消除随机误差，提高数据信噪比。
《材料科学研究与测试方法》课程教学课件—10热分析技术
直到二十世纪四十年代末，才相继出现了商品化的差热分析仪和热天平。
1964年，Waston等人提出了“差示扫描量热”的概念，并被Perkin-Elmer 公 司采用，造出了DSC-1型差示扫描量热分析仪，进而发展成为差示扫描量 热技术。
目前热分析已发展成为系统性的分析方法，广泛应用于材料等领域中。
发展趋势可归纳为：功能综合化、样品用量微量化、操作自动化及研究领域的 不断扩展和分析技术的不断创新。
热等，也广泛应用于非晶材料的研究。
10．4．1 块体金属玻璃
图10-11 玻璃转变温度的确定示意图 玻璃转化发生在一个温度区域，而不是一个确定的温度，且Tg会随着实验时间的 长短和升温速率的快慢在一定的范围内变化，故Tg的确定目前尚无统一的方法， 通常有四种确定方法：1）取偏移基线的始点温度TA；2）取外延始点温度TD；3） 取拐点温度TC；4）取上下两基线延长线的中点所对应的温度TP，即由转变前后 的比容差（采用外推作图法）变化到一半时所对应的温度。应用较多的是取外延 始点温度为玻璃转化温度。 DSC曲线偏移基线的开始点（图中的A点）和终止点（图中的B点）分别称为玻 璃转变的开始温度和终止温度。
图10-13 淬火态Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在不同加热速度下的DSC
图10-13是淬火态的Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在2.5，5，10， 20，40和80℃/min等不同加热速度下的DSC曲线，随着加热速度的增加，Tg、 Tx均向高温区移动，其过冷液相区也逐渐变宽并向高温区移动，其晶化行为和 玻璃转变行为均与加热速度有关，这一现象说明玻璃转变和晶化均具有显著的 动力学效应。
对热效应的相应更快、更灵敏，峰的分辨率也更高。
1964年，Waston等人提出了“差示扫描量热”的概念，并被Perkin-Elmer 公 司采用，造出了DSC-1型差示扫描量热分析仪，进而发展成为差示扫描量 热技术。
目前热分析已发展成为系统性的分析方法，广泛应用于材料等领域中。
发展趋势可归纳为：功能综合化、样品用量微量化、操作自动化及研究领域的 不断扩展和分析技术的不断创新。
热等，也广泛应用于非晶材料的研究。
10．4．1 块体金属玻璃
图10-11 玻璃转变温度的确定示意图 玻璃转化发生在一个温度区域，而不是一个确定的温度，且Tg会随着实验时间的 长短和升温速率的快慢在一定的范围内变化，故Tg的确定目前尚无统一的方法， 通常有四种确定方法：1）取偏移基线的始点温度TA；2）取外延始点温度TD；3） 取拐点温度TC；4）取上下两基线延长线的中点所对应的温度TP，即由转变前后 的比容差（采用外推作图法）变化到一半时所对应的温度。应用较多的是取外延 始点温度为玻璃转化温度。 DSC曲线偏移基线的开始点（图中的A点）和终止点（图中的B点）分别称为玻 璃转变的开始温度和终止温度。
图10-13 淬火态Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在不同加热速度下的DSC
图10-13是淬火态的Zr41Ti14Cu12. 5Ni10Be22. 5大块非晶合金在2.5，5，10， 20，40和80℃/min等不同加热速度下的DSC曲线，随着加热速度的增加，Tg、 Tx均向高温区移动，其过冷液相区也逐渐变宽并向高温区移动，其晶化行为和 玻璃转变行为均与加热速度有关，这一现象说明玻璃转变和晶化均具有显著的 动力学效应。
对热效应的相应更快、更灵敏，峰的分辨率也更高。
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
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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；
热分析方法ppt课件
判定某项技术是否属于热分析技术应该具
备以下三个条件：
1 ）测量的参数必须是一种“物理性质”，
包括质量、温度、热焓变化、尺寸、机械特
性、声学特性、电学及磁学特性等。
2 ）测量参数必须直接或者间接表示成温度
的函数关系。
3）测量必须在程序控制的温度下进行.
热分析技术的分类
热分析方法的种类是多种多样 的，根据ICTA的归纳和分类，目前 的热分析方法共分为9类17种。
热分析的应用类型
4、材料质量测定：如纯度测定、物 质的玻璃化转变和居里点、材料的 使用寿命测定。 5、材料的力学性质测定：抗冲击性 能、粘弹性、弹性模量、损耗指数 和剪切模量等的测定。 6、环境监测：研究蒸汽压、沸点、 易燃性等。
热分析技术在药学领域中的应用
一、热分析技术在中药材鉴别中的应用 1、动物药材的鉴别
2、植物药材的鉴别
植物药材（菊花、丹参、白术、白芷、
黄芪、玄参、甘草、板兰根、薏仁、杜仲、
银杏等）的鉴别，通常需要一定的溶剂提取
等较复杂的化学前处理，且操作烦琐。同时
也仅能检测药材中某一类成分，故难于反映
药材的总体理化性质，对植物药材鉴别的专
属性、准确性也不够高，故鉴别较为困难。 应用 TA 技术对其鉴别，往往能取得较满意 的效果。 2018/10/30
应用领域：化学化工、冶金、地质、物理、陶瓷、建材、 生物化学、药学、地球化学、航天、石油、煤炭、环保、 考古、食品等。
热分析的应用类型
1 、成份分析：无机物、有机物、药 物和高聚物的鉴别和分析以及它们的 相图研究。 2 、稳定性测定：物质的热稳定性、 抗氧化性能的测定等。 3、化学反应的研究：比如固 - 气反应 研究、催化性能测定、反应动力学研 究、反应热测定、相变和结晶过程研 究。
材料分析测试 热分析法55页PPT
材料分析测试 热分析法
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈
现代材料分析方法热分析技术PPT.
2、学习了交通法规和各种交通信号、标志后，检查自己，并写一条警示句。
教学重点放： 热、吸热过程。
图7 典型的DTA曲线
实际记录的曲线往往 与理想状态有差异。
1）过程结束后曲线一般回 不到原来的基线－－－试样 在受热发生的比热、热导率 变化。
2）实际反应起始和终止温
度不同，存在一温度范围，
这就使得差热曲线的各个转
7.2 热分析的特点及应用领域
一、应用的广泛性
从热分析文摘（TAA）近年的索引可知，热分析 广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地 质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻 工等领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及 医学的迅速发展有密切的关系。 二、在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。
8
由于热电偶的不对称性、试样、参比物的热容、导热系数 不同，在等速升温下划出的基线并非△T＝ 0的线，而是接近 △T＝ 0的线，另外升温速度的不同，也会造成基线不同程度 的漂移。
图 9TAS-100型热分析仪上做的TG-DTA曲线
1、DTA峰面积的计算 （不能直接求热量）
设试样和参比物的热容Cs、Cr不随温度而改变，且假定它 们与金属块的热传递和温差成比例，比例常数K与温度无关。
7.1 热分析定义及其发展
一、热分析定义
热分析是在规定的气氛中测量样品的性质随时 间或温度的变化，并且样品的温度是程序控制的一 类技术（1977年国际热分析协会）。
测量样品：试样本身或其反应产物，包括中间 产物。
定义反映三个方面的内容：1、程序控温，一般 采用线性程序，也可能是温度的对数或倒数；2、选 一种观测的物理量；3、测量物理量随温度的变化。
• 参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不 发生任何热效应的物质，如-Al2O3、MgO等。
教学重点放： 热、吸热过程。
图7 典型的DTA曲线
实际记录的曲线往往 与理想状态有差异。
1）过程结束后曲线一般回 不到原来的基线－－－试样 在受热发生的比热、热导率 变化。
2）实际反应起始和终止温
度不同，存在一温度范围，
这就使得差热曲线的各个转
7.2 热分析的特点及应用领域
一、应用的广泛性
从热分析文摘（TAA）近年的索引可知，热分析 广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地 质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻 工等领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及 医学的迅速发展有密切的关系。 二、在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。
8
由于热电偶的不对称性、试样、参比物的热容、导热系数 不同，在等速升温下划出的基线并非△T＝ 0的线，而是接近 △T＝ 0的线，另外升温速度的不同，也会造成基线不同程度 的漂移。
图 9TAS-100型热分析仪上做的TG-DTA曲线
1、DTA峰面积的计算 （不能直接求热量）
设试样和参比物的热容Cs、Cr不随温度而改变，且假定它 们与金属块的热传递和温差成比例，比例常数K与温度无关。
7.1 热分析定义及其发展
一、热分析定义
热分析是在规定的气氛中测量样品的性质随时 间或温度的变化，并且样品的温度是程序控制的一 类技术（1977年国际热分析协会）。
测量样品：试样本身或其反应产物，包括中间 产物。
定义反映三个方面的内容：1、程序控温，一般 采用线性程序，也可能是温度的对数或倒数；2、选 一种观测的物理量；3、测量物理量随温度的变化。
• 参比物（或基准物，中性体）：在测量温度范围内不 发生任何热效应的物质，如-Al2O3、MgO等。
材料研究方法-第五章热分析PPT课件
9
• 热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。 ——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高 聚物的表征及结构性能等。
（3）氧化反应 ——放热峰
（4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变 ——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
32
水泥水合反应DTA曲线（P241）
33
玻璃形成能力判据
• ΔT=Tx-Tg，ΔT越大，玻璃越稳定。 • 热稳定参数 H´=(Tx-Tg)/Tg，H’越大，玻璃越稳定 • 热稳定参数 S＝(Tp-Tx)×(Tx-Tg)/Tg，S越大，玻
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
24
（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
25
（3）试样的结晶度、纯度和离子取代 ——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面 积要小。 ——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型） 27
6、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。 常用升温速度：1-10K/min， 硅酸盐材料7－15K/min。
• 热分析四大支柱 差热分析、热重分析、 差示扫描量热分析、热机械分析
——用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸 附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化 学现象。 ——快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产 物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻 璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高 聚物的表征及结构性能等。
（3）氧化反应 ——放热峰
（4）非晶态物质的析晶 ——放热峰
（5）晶型转变 ——吸热峰或放热峰
熔化、升华、气化、玻璃化转变：吸热峰
32
水泥水合反应DTA曲线（P241）
33
玻璃形成能力判据
• ΔT=Tx-Tg，ΔT越大，玻璃越稳定。 • 热稳定参数 H´=(Tx-Tg)/Tg，H’越大，玻璃越稳定 • 热稳定参数 S＝(Tp-Tx)×(Tx-Tg)/Tg，S越大，玻
反应前基线低于反应 后基线，表明反应后 试样热容减小。
反应前基线高于反应 后基线，表明反应后 试样热容增大。
24
（2）试样的颗粒度 ——试样颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗 粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。 ——颗粒度要求：100目-300目（0.04-0.15mm）
25
（3）试样的结晶度、纯度和离子取代 ——结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，则峰面 积要小。 ——纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。
常用的参比物：α－Al2O3
（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉， α－Al2O3晶型） 27
6、影响DTA曲线的操作因素
（1）加热速度 加热速度快，峰尖而窄，形 状拉长，甚至相邻峰重叠。 加热速度慢，峰宽而矮，形 状扁平，热效应起始温度超 前。 常用升温速度：1-10K/min， 硅酸盐材料7－15K/min。
第八章、材料的热分析实验 PPT
第八章、材料的热分析实验1、什么是热分析？ 温度——性质（物理、化学）2、它的应用： ① 研究物质的物理、化学变化。
② 定性、定量分析 ③ 新材料的研制提供热性能数据④ 指导生产、控制产品质量 热分析简介热分析法的分类种类测量物理参数温度范围/℃应用范围差热分析法(DTA) 温度20-1600熔化及结晶转变、二级转变、氧化还原反应、裂解反应等的分析研究、主要用于定性分析热重法(TG) 质量20-1000熔点、沸点、热分解反应过程分析与脱水量测定等；生成挥发性物质的固相反应分析、固体与气体反应分析等差热扫描量热法（DSC）热量-170-725分析研究范围与DTA大致相同，但能定量测定多种热力学和动力学参数，如比热、反应热、转变热、反应速度和高聚物结晶度等热机械分析法（TMA）尺寸、体积-150-600膨胀系数、体积变化、相转变温度、反应应力应变关系测定，重结晶效应分析等动态热机械法（DMA）力学性质-170-600阻尼特性、固化、胶化、玻璃化等转变分析，模量、粘度测定等Part 1：热重分析实验Part 2：差热分析 热分析实验热重分析实验实验目的1、熟悉热重的基本原理2、学习热重测试的数据分析1.1 TG 基本原理 （热天平） 质量—温度的关系 高温炉 气氛控制系统 温度程序系统 记录仪 记录天平 记录天平 试样支持器 测温传感器 热重分析 图1. TG 原理图1.2 TG曲线分析热重分析曲线1、2：Ag2CrO4热重曲线干燥92℃分解812℃Ag2CrO4→O2↑ + Ag + Ag2CrO2Hg2CrO4热重曲线干燥52℃分解256℃Hg2CrO4→2HgCrO4+ 6HgO + O2↑图2. TG曲线1.2 TG 曲线分析 热重分析 曲线3： 图2. TG 曲线CaC 2O 4·H 2O 热重曲线 失水 100~228℃ CaC 2O 4·H 2O → CaC 2O 4+ H 2O↑ 分解1 398~450℃ CaC 2O 4→CaCO 3·+ CO↑ 分解2 660~838℃ CaCO 3 → CaO·+ CO 2↑1.2 TG 曲线分析 热重分析 曲线4： 图2. TG 曲线若从纵坐标查得原混合样品重2.50g ，加热至500℃时重量为1.04g ，失重为1.46g 。
材料测试-热重分析TG课件
升温速率越大，温度滞 后越严重，开始分解温度Ti 及终止分解温度Tf都越高， 温度区间也越宽。
一般进行热重法测定不要采用太高的升温速率，对传热差 的高分子物试样一般用5～10K／min，对传热好的无机物、金 属试样可用10～20K／min，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
一般进行热重法测定不要采用太高的升温速率，对传热差 的高分子物试样一般用5～10K／min，对传热好的无机物、金 属试样可用10～20K／min，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
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简称 TMA
测量的物理量 力学量 长度变化L或体积变化V
DMA —
模量G，内耗tan 声学量
— 光学量 — 电学量 — 磁学量
4
热分析方法的分类（GB/T 6425-2008 热分析术语）续
热分析方法
热重法-差热分析 热重法-差示扫描量热法 热重法/质谱分析 热重法/傅立叶变换红外光谱法 热重法/气相色谱法 微区热分析
30
功率补偿式差示扫描量热仪示意图
31
典型的DSC曲线
注：按热力学惯例，曲线向上为正，表示吸热效应； 向下为负，表示放热效应。
纵坐标：热流率（dH/dt）
曲线离开基线的位移代表样品 吸热或放热的速率（mJ·s-1）
曲线中峰或谷包围的面积代 表热量的变化。
横坐标：时间（t）或温度（T）
DSC可以直接测量样品在发生物理或化学变化时的热效应。
压力对MgSO4 7H2O的DTA曲线的影响 （氮气压力，升温速率10℃/min）
26
装样方式的影响
装样较疏松 装样较实
27
样品粒度的影响
原样 轻度研磨 细研磨
研磨时间的影响
高岭土
AgNO3粒度对DTA曲线的影响
28
参比物稀释样品的影响
29
第三节 差示扫描量热法
一、基本原理与差示扫描量热仪 差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，
依据：峰面积。反映物质的 热效应（热焓）
（1）分析测定混合物中各组分 （化合物、物相）的相对含 量；
（2）定量或半定量测定化合物 的热化学参数（如热焓、比 热容等）。
（3）借助标准物质，说明吸热 或放热峰的面积与化学反应、 转变、聚合、熔化等热效应 的关系。
确定峰面积的作图法
19
3. 测定相图
测定的相图
TG或TGA 质量变化m
等温质量变化测量
逸出气体检测
EGD
逸出气体分析
EGA
放射热分析
差热分析 升温曲线测量
DTA
温度差T或温度
差示扫描量热法
DSC
热量Q，热容cp
温度调制式差示扫描量热法 MTDSC
3
热分析方法的分类（GB/T 6425-2008 热分析术语）续
热分析方法 热机械分析
热膨胀法
针入度法 动态热机械分析 热发声法 热传声法 热光学法 热电学法 热磁学法
量
分
数
V 温 度 差 ， 微 伏
日本理学TAS-100型热分析仪测定
12
四川三台钠化蒙脱石的TG-DSC曲线
V/mg
德国耐驰STA 449 C型综合热分析仪测定
13
聚苯乙烯的TG-DTA曲线
梅特勒-托利多TGA-SDTA851型热分析仪测定
14
微波加热膨胀蛭石DSC-TGA曲线
美国TA仪器公司SDTQ600同步热分析仪测定
15
二、DTA曲线分析与应用
差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因
现象
吸热 放热
现象
吸热 放热
结晶转变
oo
化学吸附
o
熔融
o
析出
o
气化
物
理
升华
的
原
吸附
因
脱附
o
脱水
o
化
o
学
分解
oo
的
o 原 氧化度降低
o
因
o
氧化（气体中）
o
吸收
o
还原（气体中） o
氧化还原反应 o o
16
定性分析，定量分析，测定相图，测定熔点，测定玻璃化 转变温度，研究化学反应动力学等。
35
热重曲线（TG曲线或TGA曲线）。
质量百分率(%)
质量(重量)（mg）
温度(C )
时间（min）
36
梅特勒-托利多SDTA热重-差热同步分析仪上测定
37
二、热天平
热天平（热重分析仪）：用于热重法的装置。 组成：天平、加热炉、程序控温系统与记录仪等。 热天平测定样品质量变化的方法有变位法和零位法 变位法：利用质量变化与天平梁的倾斜成正比的关系，用
第十三章 热分析法
Thermal Analysis
第一节 概述 第二节 差热分析 第三节 差示扫描量热法 第四节 热重法
西南科技大学 张宝述
1
第一节 概述
热分析（thermal analysis，TA）：在程序控温 （和一定气氛）下，测量物质的某种物理性质与 温度或时间关系的一类技术。 （GB/T 64252008 热分析术语）
所谓程序控制温度(简称“程序控温”)，就是把 温度看着是时间的函数。
所谓的“物理性质”，包括物质的质量、温度、 热学、尺寸（长度、体积）、声学、光学、电Байду номын сангаас、 磁学、力学等性质。
2
热分析方法的分类（GB/T 6425-2008 热分析术语）
热分析方法 热重法或热重分析
动态质量变化测量
简称
测量的物理量
预聚物的转变温度：206℃
双酚A型聚砜-聚氧化丙烯多嵌段共聚物
（BPS-1）系列样品的DSC曲线
34
第三节 热重法
一、基本原理 热重法（Thermogravimetry，TG），热重分析
（Thermogravimetric Analysis，TGA）：在程 序控温和一定气氛下，测量物质的质量与温度或时间关 系的技术。 动态质量变化测量（温度扫描型）dynamic masschange determination（temperaturescanning mode）：在程序升、降温和一定气氛下， 测量试样质量随温度T变化的技术。 等温质量变化测量（等温型）isothermal masschange determination（isothermal mode）： 在恒温T和一定气氛下，测量试样质量随时间t变化的技 术。
DTA曲线
20
4、利用DTA曲线测定高分子材料的熔点Tm，玻璃化转变温度Tg等 外延始点对应的温度
玻璃化转变温度Tg 不是这点对应的温度
聚苯乙烯的DTA曲线
21
三、影响DTA曲线的主要因素
影响DTA曲线的峰形、出峰位置和峰面积的因素，大体 可分为： 仪器因素 操作因素
仪器因素： 炉子的结构与尺寸 坩埚材料与形状 热电偶性能等
8
同步热分析仪
Simultaneous TGA/DSC (SDT)
型 号：SDT Q600 生产厂家：美国TA仪器公司 TA Instruments-Waters LLC, USA
学校分析测试中心有该仪器
主要技术指标: 1．同步TG/DTA/DSC测试。 2．温度范围：室温~1500℃。 3．样品容量：0~200mg；天平灵敏度：0.1μg；称重准确度：优于±1.5%； DTA灵敏度：0.001℃；温度准确度：优于±2℃；天平量热精度/准确度：±2 % （根据不同的金属标样）。 4．加热速率：室温至1000℃，0.1~100℃/min；室温至1500℃， 0.1~25℃/min。 5．反应性气体（独立进气管），可进行氧化性、还原性、惰性和反应性气体试验。
放热效应exothermic effect，EXO
基线相当于T=0， 样品无热效应发生 吸热效应endothermic effect，ENDO
向下的峰，表示吸热，有时叫吸热谷
横坐标：温度T（K或℃ ），或时间t（分钟，min）
典型的DTA曲线
11
新疆蛭石的TG-DTA曲线
失
TG曲线
重
百
分
率
或
叫
质
DTA曲线
DTA曲线特征：吸热与放热峰的个数、形状及相应的温 度等。
1. 定性分析 （1）确定吸热或放热效应的物理化学归属 （2）化合物定性分析、物相定性分析（鉴别物质）
依据：峰温、峰形和峰数目
方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物（或物相）的 标准DTA曲线对照。 标准卡片：萨特勒(Sadtler)研究室出版的卡片约 2000张和麦肯齐(Mackenzie)制作的卡片1662张(分 为矿物、无机物与有机物三部分)。 自制卡片
39
三、微商热重（DTG）曲线
微商热重曲线（derivative thermogravimetric curve，DTG curve）：由热天平测得的数据，以质量 变化速率与温度（扫描型）或时间（恒温型）的关系图示。
表示质量随时间（或温度）的变化率（失重速率）与温度 （或时间）的关系。
以微商热重曲线表示结果的热重法称为微商热重法。
32
二、热量变化与曲线峰面积的关系
样品真实的热量变化与曲线峰面积的关系为
m·H=K·A
式中，m——样品质量；
H——单位质量样品的焓变； A——与H相应的曲线峰面积；
K——修正系数，称仪器常数。
33
三、DSC的应用
影响DSC曲线的因素与DTA相同。 DSC的应用与DTA相同。 特点：与DTA相比，DSC的分辨率高，灵敏度高，定量准确度 高。
升温速率 记录纸速、量程（现代仪器都是计算机记录，可不考虑）
23
升温速率对DTA曲线的影响
影响曲线的峰位
影响曲线的分辨
影响曲线的峰幅度
24
气氛的影响
在氧气中
含水硫酸钙在空气和水 气中的DTA曲线
在氮气中
氧（上图）和氮（下图）气氛对 Al2O3与2.5%褐煤混合物DTA曲 线的影响
25
气体压力的影响
40
微商热重曲线与热重曲线的对应关系 DTG曲线
TG曲线
钙、锶、钡水合草酸盐的TG曲线与DTG曲线
微商曲线上的峰顶点（d2m/dt2=0，失重速率最大值点）与热 重曲线的拐点相对应。 微商热重曲线上的峰数与热重曲线的台阶数相等，微商热重曲线 峰面积则与失重量成正比。