热分析的基本参数与概念
热分析法
⑦ 峰顶温度（Tp）：吸、放热峰的峰形顶部的温 度，该点瞬间 d（ΔT）/dt=0； ⑧ 峰高：是指内插基线与峰顶之间的距离； ⑨ 峰面积：是指峰形与内插基线所围面积； ⑩ 外推起始点：是指峰的起始边钭率最大处所作 切线与外推基线的交点，其对应的温度称为外推起 始温度（Teo）；根据ICTA共同试样的测定结果， 以外推起始温度（Teo）最为接近热力学平衡温度。
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中 物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物 质性质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技 术。
.
热分析的起源及发展
1899年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第 一次使用了差示热电偶和参比物，大大提高了测定 的灵敏度，正式发明了差热分析（DTA）技术。
.
4）非晶态物质的重结晶 有些非晶态物质在加热过程中伴随有重结晶的现
象发生，放出热量，在差热曲线上形成放热峰。此外， 如果物质在加热过程中晶格结构被破坏，变为非晶态 物质后发生晶格重构，则也形成放热峰。
5）晶型转变 有些物质在加热过程中由于晶型转变而吸收热量，
在差热曲线上形成吸热谷。因而适合对金属或者合金、
.
1.加热炉
据炉温分为：普通炉、超高温炉和负温炉 按结构形式分为：小型、微型，立式和卧式
.
2.温度控制系统 使炉温按给定速度均匀稳定地升温，以保证升 温的直线性， 微电脑控制。
.
3.信号放大系统
直流放大器
.
4.记录系统
双笔记录仪
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5.差热系统
由试样室、试样坩锅及热电偶组成，其 中热电偶是关键性元件。
P：物质的一种物理量 T：物质的温度。 程序控制温度：一般是指线性升温或线性降温，当 然也包括恒温、循环或非线性升温、降温。也就是 把温度看作是时间的函数： T＝φ（t） t：时间。
热分析
升温速率 增大时， 峰位向高 温方向迁 移，峰形 变陡。
升温速率也对DTA曲线相邻峰的分辨率 有影响。
胆甾醇丙酸酯具有多种
99 C
介晶相态，它的相变过
101 C
程如下：
固相 近晶相 胆甾相 液相
110 C
在不同的升温速率下测定了胆甾类液晶 的相变温度。
差热分析的影响因素
1. 仪器因素： 炉子的形状结构与尺寸，坩埚材料与形状， 热电偶位臵与性能 2. 实验条件因素： 升温速率、气氛 3. 试样因素： 用量、粒度
一、仪器因素的影响
1）仪器加热方式、炉子形状、尺寸
等，会影响DTA曲线的基线稳定性。 2）样品支持器的影响 3）热电偶的影响 4）仪器电路系统工作状态的影响
坩埚材料
在差热分析中所采用的坩埚材料大致有：玻璃、 陶瓷、α-Al2O3、石英和铂等。要求：对试样、 产物（包括中间产物）、气氛都是惰性的，并 且不起催化作用。 对碱性物质（如Na2CO3 ）不能用玻璃、陶瓷 类坩埚； 含氟高聚物（如聚四氟乙烯）与硅形成化合物， 也不能使用玻璃、陶瓷类坩埚； 铂具有高热稳定性和抗腐蚀性，高温时常选用， 但不适用于含有P、S和卤素的试样。另外，Pt 对许多有机、无机反应具有催化作用，若忽视 可导致严重的误差。
差热分析法DTA Differential Thermal Analysis
定义：在程序控制温度下，测量物质和参 比物之间的温度差与温度关系的一种技术。
参比物： 在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质，
如—Al2O3
当试样发生任何物理（如相转变、熔化、 结晶、升华等）或化学变化时，所释放或 吸收的热量使试样温度高于或低于参比物 的温度，从而相应地在DTA曲线上得到放 热或吸收峰。
第三章 热分析法
9
热分析特点
一、应用的广泛性 从热分析文摘（ TAA ）近年的索引可以看出，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。 热分析与应用化学、材料科学、生物及医学的迅速 发展有密切的关系。
10
热分析装置的利用领域
熱分析の木
•电子材料 •木材･纸 •建材 •公害 •工业废弃物
应用最广泛的方法是热重（ TG ）和差热分析
（DTA），其次是差示扫描量热法（DSC），这 三者构成了热分析的三大支柱，占到热分析总应
用的75％以上。
12
热 分 析
加热 热量变化 重量变化 长度变化 物 质 粘弹性变化 DTA TG DSC DTG
TMA 热机械分析
DMA 动态机械分析
气体发生
冷却 热传导
⑦ 峰顶温度（ Tp ）：吸、放热峰的峰形顶部的温 度，该点瞬间 d（ΔT）/dt=0； ⑧ 峰高：是指内插基线与峰顶之间的距离； ⑨ 峰面积：是指峰形与内插基线所围面积； ⑩ 外推起始点：是指峰的起始边钭率最大处所作 切线与外推基线的交点，其对应的温度称为外推起 始温度（Teo）；根据ICTA共同试样的测定结果， 以外推起始温度（ Teo ）最为接近热力学平衡温度。
2） 图表法 3） 单矿物标准法 4） 面积比法
第一节 热分析的定义及发展概况
热分析，thermal analysis：顾名思义，可以解释为以热进 行分析的一种方法。 1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA）第七次 会议上，给热分析下了如下定义：即热分析是在程序控制 温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。
1
热分析的数学表达式为：P＝f（T）
热分析的基本参数与概念
<keywords>Executive SummaryTable of Contents1Introduction (3)1.1基本参数介绍 (3)2Activities (4)2.1Theta-ja (θja) Junction-to-Ambient (4)2.1.1测量方法 (4)2.1.2节温计算公式 (6)2.2Theta-jc (θjc) Junction-to-Case (6)2.2.1测量方法 (6)2.2.2节温计算公式 (6)2.2.3θjc与θja的关系 (7)2.3Theta-jb (θjb) Junction-to-Board (7)2.3.1测量方法 (8)2.3.2节温计算公式 (8)2.3.3θjc与θja的关系 (8)2.4Ψ的含义 (9)2.4.1Ψjb (9)2.4.2Ψjc (9)2.5各种封装的散热效果 (9)2.5.1TI PowerPAD封装的使用注意事项 (10)3Results (12)3.1关于θja θjc ΨJB, ΨJT使用问题 (12)4Discussion (12)4.1热仿真软件的使用 (12)5Conclusions (12)5.1 (12)6Abbreviations, Definitiones, Glossary (13)6.1 (13)7Version (13)Contents1 Introduction1.1 基本参数介绍一般包括三个参数 θ ja, θjc , θjb ，三种参数所指的散热图示如下。
Ta，Tb，Tc的测试点如下：Tc: 芯片外壳的温度（其中Tt指芯片顶部，Tp指芯片底部。
于Tc通用）Tb：芯片管脚接触于PCB处温度Ta: 芯片周围空气温度Tj: 芯片内部PN节温度，此温度一般＜150℃，否则造成芯片烧毁。
2 Activities2.1 Theta-ja (θja)Junction-to-AmbientPN节到空气的热阻。
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。
热分析整理ppt
可按照测定的物理量，如质量、温度、热量、 尺寸、力学量、声学量、光学量、电学量和磁学 量等对热分析方法加以分类
热分析技术有9类17种，常用的有：
1）热重测量法：在程序控制温度下，测量物质质量随 温度变化的一种技术。 2）差热分析：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一种技术。 3）热膨胀法：在程序控制温度下，测量物质在可忽略 的负荷下的尺寸随温度变化的一种技术。 4）差示扫描量热法：在程序控温下，测量加入物质在 与参比物之间的能量差随温度变化的一种技术。
返回பைடு நூலகம்
差热仪炉子供给的热量为Q
试样无热效应时： QS QR 试样吸热效应时：(Q－g)S QR 试样放热效应时：(Q＋g)S QR
TS=TR ΔT=0 TS＜TR ΔT＜0 TS＞TR ΔT＞0
在上面三种状态下其 EAB=f(ΔT)就有三个不 同值，带动记录笔就可画出DTA曲线。
返 回
§14－2 DTA仪的基本结构
陶瓷原材料常见热效应的实质
1、含水化合物 2、高温下有气体放出的物质 3、矿物中含有变价元素 4、非晶态物质的重结晶 5、晶型转变 6、有机物质的燃烧
重量变化、体积变化与物理化学变化的联系
Q吸+W失 脱水、分解 Q放+ W失 有机物、杂质氧化、 燃烧 Q吸+△V W不变 多晶转变 Q放+V缩 W不变 新物质生成 △W+V缩 V胀→V缩 无明显热变化 开始烧结
⑦ 峰顶温度（Tp）：吸、放热峰的峰形顶部的温 度，该点瞬间 d（ΔT）/dt=0； ⑧ 峰高：是指内插基线与峰顶之间的距离；
⑨ 峰面积：是指峰形与内插基线所围面积；
⑩ 外推起始点：是指峰的起始边钭率最大处所作 切线与外推基线的交点，其对应的温度称为外推起 始温度（Teo）；根据ICTA共同试样的测定结果， 以外推起始温度（Teo）最为接近热力学平衡温度。
热分析动力学汇总
热分析动力学汇总热分析动力学是指研究物质在升温或降温过程中的热物性变化规律及其与化学反应动力学之间的关系。
它通过测量热量或温度随时间的变化，结合热学或动力学理论，从而揭示了化学反应的机理和动力学参数。
本文将对热分析动力学的概念、基本原理、应用领域及研究方法等方面进行详细阐述。
一、热分析动力学的概念和基本原理热分析动力学的实验方法主要有热量计法、差示扫描量热法（DSC）和热重法（TG）。
其中，热量计法通过测量材料的热量变化，得到热分解反应的热效应曲线，从而确定反应的速率等动力学参数。
差示扫描量热法是比较常用的实验方法，它通过比较样品和参比样品的热量变化，得到样品的热效应曲线，从而确定热分解反应的动力学参数。
热重法是通过测量材料在升温或降温时的质量变化，得到热分解反应的质量曲线，从而探索反应的动力学参数。
二、热分析动力学的应用领域热分析动力学在材料科学、化学工程、药学和环境科学等领域都有重要应用。
在材料科学中，热分析动力学可以用于研究材料的热性质、热稳定性和热分解反应等方面，从而指导材料的合成和加工。
在化学工程中，热分析动力学可以用于优化工艺参数、预测反应过程和评估化学工艺的安全性。
在药学中，热分析动力学可以用于研究药物的热性质和稳定性，从而指导药物的贮存和运输。
在环境科学中，热分析动力学可以用于研究污染物在环境中的分解和转化过程，从而指导环境监测和治理。
三、热分析动力学的研究方法热分析动力学的研究方法包括实验方法和理论方法。
实验方法主要是通过实验测定材料的热效应曲线或质量曲线，从而确定反应的动力学参数。
理论方法主要是通过热学和动力学理论进行模拟和计算，以预测热效应曲线或质量曲线，从而确定反应的动力学参数。
在实验方法方面，热分析动力学主要使用差示扫描量热法和热重法。
差示扫描量热法通过比较样品和参比样品的热量变化，得到样品的热效应曲线，从而确定反应的速率等动力学参数。
热重法通过测量材料在升温或降温时的质量变化，得到热分解反应的质量曲线，从而探索反应的动力学参数。
热力学系统分析
热力学系统分析热力学是研究热、功和能量转化关系的物理学分支，广泛应用于各个领域，包括能源工程、化学工程和生物医学等。
在热力学系统分析中，我们可以通过对系统的能量流和热流进行综合分析，以评估系统的热力学性能。
本文将重点讨论热力学系统的分析方法和应用。
一、热力学基本概念在进行热力学系统分析之前，我们需要了解一些基本概念。
首先是热力学系统的定义。
热力学系统是指由一定质量和能量所组成的物体或者物质集合，可以与外界进行能量和物质交换。
根据系统与外界的交换情况，热力学系统可以分为开放系统、封闭系统和孤立系统。
其次是热力学的基本定律。
根据热力学的基本定律，能量守恒是热力学系统分析的基础。
热力学第一定律表明了能量不会被创造和消失，只能从一种形式转换为另一种形式。
热力学第二定律则描述了能量转换的方向性，即自然界中热量只能从高温物体传递到低温物体。
二、热力学系统的分析方法1. 通过热传导分析热传导是恒温系统内或不同温度区域之间的热量传递过程。
通过分析热传导路径和材料的热导率，可以评估系统的热量损失和节能潜力。
例如，在建筑工程领域，我们可以通过对建筑材料的热导率和墙体的结构进行分析，来评估室内外温差对于能源消耗的影响。
2. 通过热辐射分析热辐射是指热能以电磁波的形式传播的过程。
通过分析热辐射的频谱分布和辐射率，可以评估系统的辐射传热效果。
例如，在太阳能领域，我们可以通过对太阳辐射谱分析和太阳能电池的光电转换效率分析，来评估太阳能发电系统的热力学性能。
3. 通过热力学循环分析热力学循环是指将热能转换为功的过程。
通过分析热力学循环的效率和能量转换损失，可以评估系统的能源利用效率。
例如，在能源工程领域，我们可以通过对燃烧循环或蒸汽发电循环的分析，来评估燃料的利用率和电力损耗。
三、热力学系统分析的应用热力学系统分析在各个领域都有广泛应用。
以下是几个典型的应用示例：1. 能源系统优化通过热力学系统分析，我们可以评估能源系统的热损失和能量利用效率，从而优化系统运行参数和设备配置，提高能源利用效率。
热分析方法的原理和应用
、质量损失速率、温度的倒数，求出相邻点间的差值，再 使用公式，通过作图法求得活化能E与反应级数n
• 极值法 在TG、DTG曲线上取包括峰值在内的一系列重量～温
度值，使用公式，利用作图法求得活化能E、频率因子A 与反应级数n
TG 曲线
图中所示的反应单从 TG 曲线上看，有点像一个单一步骤的过程
DTG
DTG 曲线
但从微分（DTG）曲线则明显区分出分解分为两个相邻的阶段
Sample
热重分析仪（TG）原理图
Furnace
Ba la nc e
NETZSCH 热重分析仪： TG 209 C Iris®
FT(IR23g0a癈s )cell
药物熔点的测定
药物纯度的测定
❖ 依据van’t Hoff方程 ：
T = T0 - (RT02c / DHo).(1/F)
c = (T0 - Tm).DH0 / RT0
T / K为样品熔化过程中某一瞬间的温度；T0 / K为纯
化合物的熔点；Tm /K为样品的熔点; F为温度T时被测
样品熔化的摩尔分数, DH0 为熔化焓，c为样品中杂
质的分数。 ❖ 以熔化过程中样品温度T对1/F作图, 应为一直线,其截
速率常数 k 的意义
阿仑尼乌斯方程：k = A ·e -Ea/RT • A：指前因子，又称频率因子，与活化分子转化成产物分
子的速率有关。 • E方a：能活参化与能反应。，反其应大体小系反中映具了有反活应化速能率E随a 的温“度活的化变分化子程”度
。随着温度的升高，活化分子数增多，更多的分子具有了 活化能。活化能较大的反应，升高温度能够显著加快反应 速率，活化能较小的反应则反之。 • R：摩尔气体常数，R ＝ 8.314 J·K-1·mol-1
热分析技术
• 4、没有明显的热效应，开始收缩或从膨胀转变为收缩时， 表示烧结开始，收缩越大，烧结进行得越剧烈。
差热分析仪
（二）、差热曲线的形成
（三）、DTA曲线的特征及温度标定
DTA曲线是将试样和参比物置于同一环境中以一定速率加 热或冷却，将两者的温度差对时间或温度作记录而得到的。 DTA曲线的实验数据是这样表示的，纵坐标代表温度差 T，吸热过程是一个向下的峰，放热过程是一个向上的峰。 横坐标代表时间或温度。
一、热分析技术的发展历史
1、差热析的历史
1887年法国学者李﹒恰特利为研究粘土矿物，制作了差热 分析仪。灵敏度低，易受外界热变化的影响。
1899年英国学者劳贝茨－奥斯坦改良了李﹒恰特利的装置。 为目前广泛使用的差热分析仪的模型。
1969年首次出现热分析杂志，1970年创刊“热化学记 要”，成为世界上专门报道热分析应用的杂志。
2、热重分析
1915年日本东北大学的本多光设计了一架热天平，开创了 热重分析。
二次大战后，美国首先制成了商品化的电子管式差热分析 仪。随后，商品化的热分析仪迅速发展，并朝自动化、微 量化、综合化方向发展。
三、应用领域
• 从热分析文摘（TAA）近年的索引可以看 出，热分析技术广泛应用于无机，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。
•玻璃 •金属 •陶瓷･粘土･矿物 •水泥
DSC
TG
DTA
TMA
综合热分析
四、热分析技术的分类
加热
物质
冷却
热量变化 重量变化 长度变化 粘弹性变化 气体发生 热传导
热分析的原理
热分析的原理
热分析是一种通过测量物质在温度变化过程中的热量变化来研究物质性质和组成的分析方法。
热分析的原理主要包括热重分析和热量分析两种方法。
热重分析是通过检测样品在升温过程中质量的变化来分析样品的组成和性质；热量分析是通过测量样品在升温或降温过程中释放或吸收的热量来分析样品的性质和反应特征。
热分析的原理基于热力学和动力学的基本理论，通过研究样品在不同温度下的热量变化来推断样品的组成、结构和性质。
热分析可以用于研究物质的热稳定性、热分解特性、相变特性、反应动力学等方面的问题，是一种非常重要的分析手段。
在热重分析中，样品在升温过程中发生质量损失或增加，可以推断出样品中的挥发分、水分、热分解产物等成分的含量和性质。
通过热重分析，可以得到样品的热重曲线，从中可以判断样品的热稳定性、热分解特性等信息。
在热量分析中，通过测量样品在升温或降温过程中释放或吸收的热量，可以推断出样品的热容、热导率、热稳定性等性质。
热量分析通常包括差示扫描量热法（DSC）、示差热分析法（DTA）等方法，通过这些方法可以得到样品在不同温度下的热量变化曲线，从中可以推断出样品的相变温度、热容变化、热反应特性等信息。
总的来说，热分析的原理是通过测量样品在温度变化过程中的热量变化来研究样品的性质和组成。
热分析是一种非常重要的分析手段，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
通过热分析，可以了解样品的热稳定性、热分解特性、相变特性、反应动力学等信息，为科学研究和工程应用提供重要的参考依据。
热分析技术的研究和应用
热分析技术的研究和应用热分析技术是一种重要的化学分析方法，其可以在不破坏分析物的情况下确定其物理和化学性质。
近年来，随着各种分析技术的不断发展，热分析技术也得到了广泛的关注和应用。
一、热分析技术的基本原理热分析技术是通过加热样品并测量其重量、热量等参数的变化以确定其物理和化学性质的方法。
其基本原理是根据分析物在加热过程中的化学反应或物理变化来分析其热学参数。
常见的热分析方法包括热重分析（TG）、差热分析（DSC）、热扩散分析（TMA）等。
其中，热重分析是通过连续记录样品重量的变化来确定样品的变化情况；差热分析是通过测量样品与参考物之间的热差来确定样品的热学参数；热扩散分析则是通过测量样品的热膨胀量和导热量来确定其物理参数。
二、热分析技术的应用领域热分析技术已被广泛应用于许多领域，包括化学、材料、生物、环境等。
在化学领域中，热分析技术可以用于定量分析、质量控制、物化性质的表征等；在材料领域中，其可用于分析材料的热学性质、稳定性等；在生物领域中，热分析技术可以用于分析蛋白质、核酸等生物大分子的热稳定性等；在环境领域中，热分析技术可以用于分析大气污染、水污染等。
三、热分析技术的最新研究进展随着分析技术的不断发展，热分析技术也不断进行新的研究和应用。
最近，一些学者将热分析技术应用于纳米材料的热学研究中，以探究其热力学特性及稳定性。
研究结果表明，纳米材料的热学性质和稳定性与其粒径、形状和表面修饰有关。
此外，还有一些学者将热分析技术与其他技术相结合，以实现更加精确的分析。
例如，研究者们将DSC和质谱联用，实现了对样品中有机物的定量分析；他们还将热重分析技术和X射线荧光分析相结合，可以实现对金属样品的分析。
四、热分析技术的发展前景随着科学技术的不断发展，热分析技术在各个领域中的应用也会越来越广泛。
未来，人们将会更加关注能源、环保等领域的绿色化学问题，热分析技术对其的解决都非常有前景。
同时，随着人们对于生物大分子和纳米材料等领域的研究深入，热分析技术在这些领域中也将提供更加精确的分析方法，并推动相关领域的发展。
热分析的原理
热分析的原理
热分析是一种重要的热物性测试方法，用于研究物质在加热过程中的物化性质变化。
其原理基于物质在加热时对吸热或放热的反应，通过测定样品在加热或冷却过程中所产生的热量变化，可以推断出样品的热稳定性、相变特性、热储存能力等相关信息。
热分析实验常用的方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、动态热力学分析法（DTA）等。
这些方法在
原理上有所不同，但都是基于热量的变化进行分析。
在差示扫描量热法中，样品和对比样品（通常为惰性材料或纯金属）一同加热或冷却。
通过比较样品和对比样品之间的温度差异，可以计算出样品的吸热或放热量。
这种方法可以用于研究样品熔化、分解、相变等过程的特性。
热重分析法是通过测量样品在加热过程中的质量变化来得到有关信息的。
样品在加热时会经历失重或得重的过程，通过比较样品和空白容器的质量变化，可以推断出样品的热失重或热增重特性。
这种方法常用于研究样品的分解、氧化、脱水等过程。
动态热力学分析法是通过测量样品和参比样品之间的温差来得到有关信息的。
样品和参比样品一同加热或冷却，通过比较它们之间的温度差异，可以推断出样品的物理或化学变化。
这种方法常用于研究样品的相变、晶体结构变化、热化学反应等过程。
总之，热分析方法通过测量样品在加热过程中的热量变化来推断出其热物性特征。
它在材料科学、化学、生物学等领域中有着广泛的应用，对于理解和改进物质的热性质具有重要意义。
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PPT课件
峰顶温度Tp：吸、 放热峰的峰形顶 部的温度，该点 瞬间
d（ΔT）/dt=0；
峰宽—— B′D′；
峰高—— CF；
峰面积——BCDB； 外推起始点(出峰点)一峰前沿最大斜率点与
基线延长线的交点(G)，对应温度最为接近 热力学平衡温度。
3、DTA数据的记录方式
理想
实际
K[Al3(OH)6](SO4)2 热重曲线
• 结晶硫酸铜的热分析
实验条件为试样质量为10.8mg，升温 速率为10℃/min，采用静态空气，在
mo=10.8mg。曲线bc为第一台
铝坩埚中进行
阶，质量损失率为：
曲线de 为第二台阶，质量损失 率为：
曲线fg为第三台阶，质量损失率:
推导出CuSO4·5H2O 的脱水方程如下：
4、影响TG曲线的主要因素
任何一种分析测量技术都必须考虑到测定结 果的准确可靠性和重复性。为了要得到准确性和复 现性好的热重测定曲线，就必须对能影响其测定结 果的各种因素仔细分析。
① 升温速度： ② 试样周围气氛：C02、空气中或N2气氛 ③ 坩埚和支架的影响： ④ 试样因素：试样量、粒度大小 ⑤ 走纸速度：
据。 ⑩ 标明试样重量和试样稀释程度。 ⑪ 标明所用仪器的型号、商品名称及热电偶的几何
形状、材料和位置。 ⑫ 纵坐标刻度用测定温度下每度的偏移表示，吸热
峰指向下方，放热峰指向上方。
2023/9/13
4、DTA曲线的影响因素
① 升温速率不同，得到的峰的形状会有些差异，升温速率不 稳，则会造成基线偏移、弯曲、甚至造成假峰。
(Differential Scanning Calorimetry)
3、 热分析应用范围
热力学基本状态全参数
热⼒学基本状态全参数热⼒学基本状态参数功和热量1-1 ⼯质和热⼒系⼀、⼯质、热机、热源与冷源1、热机（热⼒发动机）：实现热能转换为机械能的设备。
如:电⼚中的汽轮机、燃⽓轮机和燃机、航空发动机等。
2、⼯质:实现热能转换为机械能的媒介物质。
对⼯质的要求:1）良好的膨胀性; 2）流动性好；3）热⼒性质稳定,热容量⼤；4）安全对环境友善；5）价廉，易⼤量获取。
如电⼚中的⽔蒸汽；制冷中的氨⽓等。
问题：为什么电⼚采⽤⽔蒸汽作⼯质？3、⾼温热源：不断向⼯质提供热能的物体（热源）。
如电⼚中的炉膛中的⾼温烟⽓4、低温热源：不断接收⼯质排放热的物体（冷源）如凝汽器中的冷却⽔⼆、热⼒系统1、热⼒系统和外界概念热⼒系:⼈为划分的热⼒学研究对象(简称热⼒系）。
外界:系统外与之相关的⼀切其他物质。
边界:分割系统与外界的界⾯。
在边界上可以判断系统与外界间所传递的能量和质量的形式和数量。
边界可以是实际的、假想的、固定的，或活动的。
注意:热⼒系的划分，完全取决于分析问题的需要及分析⽅法的⽅便。
它可以是⼀个设备（物体），也可以是多个设备组成的系统。
如：可以取汽轮机的空间作为⼀个系统，也可取整个电⼚的作为系统。
2、热⼒系统分类按系统与外界的能量交换情况分1）绝热系统：与外界⽆热量交换。
2）孤⽴系统：与外界既⽆能量（功量、热量）交换，⼜⽆质量交换的系统。
注意：实际中，绝对的绝热系和孤⽴系统是不存在的，但在某些理想情况下可简化为这两种理想模型。
这种科学的抽象给热⼒学的研究带来很⼤的⽅便。
如：在计算电⼚中的汽轮机作功时，通常忽略汽缸壁的散热损失，可近似看作绝热系统。
状态及基本状态参数状态参数特点u状态参数仅决定于状态，即对应某确定的状态，就有⼀组状态参数。
反之，⼀组确定的状态参数就可以确定⼀个状态。
状态参数的变化量仅决定于过程的初终状态，⽽与达到该状态的途径⽆关。
因此，状态参数的变化量可表⽰为（以压⼒p为例）：⼆、基本状态参数1.表压与真空表压⼒：当⽓体的压⼒⾼于⼤⽓压⼒时（称为正压），压⼒表的读数（pg），如锅炉汽包、主蒸汽的压⼒等。
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R E P O R TProject name Project number Author Release DepartmentFile nameCreation date<keywords>Executive SummaryR E P O R TTable of Contents1Introduction .............................................................................................................. 3 1.1 基本参数介绍 . (3)2Activities ................................................................................................................... 4 2.1Theta-ja (θja) Junction-to-Ambient (4)2.1.1 测量方法 .................................................................................................... 4 2.1.2 节温计算公式 (6)2.2Theta-jc (θjc) Junction-to-Case (6)2.2.1 测量方法 .................................................................................................... 6 2.2.2 节温计算公式 ............................................................................................. 6 2.2.3 θjc 与θja 的关系 .. (7)2.3Theta-jb (θjb) Junction-to-Board (7)2.3.1 测量方法 .................................................................................................... 8 2.3.2 节温计算公式 ............................................................................................. 8 2.3.3 θjc 与θja 的关系 .. (8)2.4Ψ的含义 (9)2.4.1 Ψjb ............................................................................................................. 9 2.4.2 Ψjc . (9)2.5各种封装的散热效果 (9)2.5.1 TI PowerPAD 封装的使用注意事项 (10)3Results ................................................................................................................... 12 3.1关于θja θjc ΨJB , ΨJT 使用问题 (12)4 Discussion .............................................................................................................. 12 4.1热仿真软件的使用 (12)5 Conclusions ........................................................................................................... 12 5.1 ............................................................................................................................. 12 6 Abbreviations, Definitiones, Glossary ..................................................................... 13 6.1 ............................................................................................................................. 13 7 Version . (13)R E P O R TContents1 Introduction 1.1 基本参数介绍一般包括三个参数θja , θjc , θjb ，三种参数所指的散热图示如下。
Ta ，Tb ，Tc 的测试点如下：R E P O R TTc: 芯片外壳的温度（其中Tt 指芯片顶部，Tp 指芯片底部。
于Tc 通用） Tb ：芯片管脚接触于PCB 处温度 Ta: 芯片周围空气温度Tj: 芯片内部PN 节温度，此温度一般＜150℃，否则造成芯片烧毁。
2Activities2.1 Theta-ja (θja ) Junction-to-AmbientPN 节到空气的热阻。
单位℃ / W 。
2.1.1 测量方法R E P O R T器件说明书中的ΦJA 是根据JESD51标准给出的，其标准环境是指将器件安装在较大的印刷电路板上，并置于1立方英尺的静止空气中。
Θja 与PCB 叠层结构、芯片焊盘大小、高度等均有关系，故因此说明书中的数值（实验室数据）没有太大的参考价值。
但目前只能如此计算。
R E P O R T2.1.2 节温计算公式T junction = T ambient + (θ ja * Power )；T ambient ：环境温度T junction ：芯片PN 节温度 Power ：芯片消耗功率2.2 Theta-jc (θjc ) Junction-to-CaseθJC 是结到管壳的热阻，管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。
此参数最是为预估有散热器的器件设计的。
2.2.1 测量方法2.2.2 节温计算公式 T junction =T case + ( θjc * Power )T case ：芯片外壳温度T junction ：芯片PN 节温度R E P O R TPower ：芯片消耗功率一般有散热片的情况下计算公式：T junction =T ambient + ( ( θjc + θcs + θsa ) * Power )θcs ：芯片外壳到散热片的热阻 θsa ：散热片到空气的热阻 T ambient ：环境温度T junction ：芯片PN 节温度 Power ：芯片消耗功率 其中θcs 的计算公式如下：2.2.3 θjc 与θja 的关系亦可认为存在如下公式θja =( θjc + θca )2.3 Theta-jb (θjb ) Junction-to-Board是指从结到电路板的热阻，它对结到电路板的热通路进行了量化。
θjb 通常的测量位置在电路板上靠近封装处，即1.1节图表所示。
R E P O R T2.3.1 测量方法2.3.2 节温计算公式T junction =T PCB + ( θjb * Power )T PCB ：PCB 处温度T junction ：芯片PN 节温度 Power ：芯片消耗功率2.3.3 θjc 与θja 的关系亦可认为存在如下公式 θjb =( θjc + θbb +θba )R E P O R T2.4 Ψ的含义Ψ和θ之定义类似，但不同之处是Ψ 是指在大部分的热量传递的状况下，而θ是指全部的热量传递。
在实际的电子系统散热时，热会由封装的上下甚至周围传出，而不一定会由单一方向传递，因此Ψ之定义比较符合实际系统的量测状况。
2.4.1 ΨjbΨJB 是结到电路板的热特性参数，单位是°C/W 。
热特性参数与热阻是不同的。
与热阻θJB 测量中的直接单通路不同，ΨJB 测量的元件功率通量是基于多条热通路的。
由于这些ΨJB 的热通路中包括封装顶部的热对流，因此更加便于用户的应用。
T junction =T PCB + ( Ψjb * Power ) 2.4.2 ΨjcT junction =T case + ( Ψjc * Power ) (此时不能加散热片) 2.5 各种封装的散热效果R E P O R T由图可见，BGA 封装的散热效果最佳。
2.5.1 TI PowerPAD 封装的使用注意事项R E P O R TPCB Layout 如上。
R E P O R T由上图可见，背贴器件的封装上的过孔，将极大减少热阻，故PCB 设计中注意保证器件底部的过孔数量。
3 Results3.1 关于θja θjc ΨJB , ΨJT 使用问题θja 计算仅用于理想的PCB 理想的贴装，理想的环境。
θjc 只有那种特别大的封装才有意义TO220，同时附加有散热片因为直接传导占据最主要的比例。
ΨJB , ΨJT , 不同的模型：在正确使用的时候，是一个非常好的模型。
目前针对电路的芯片节温估算，由于环境温度为85℃，只能得到环境温度信息，PCB 板或者芯片的Case 的温度均不能得到，故只能使用θja 进行大致估算。
4 Discussion4.1 热仿真软件的使用(TBD)若使用热仿真软件，则可将各种参数输入，而不仅是只使用θja ，将会得到较精确的仿真参数。
5 Conclusions5.1R E P O R T6Abbreviations, Definitiones, Glossary6.1 7VersionVersion Comments Date Revision by 0001 Initial 18/12/2015 Bai。