17差热分析法PPT课件

C Sd d S T tK T W T S d d H t
ΔH：试样全部熔化的总吸热量
(6 3 )
参比物总热流率 C RddRT tKT WTR (64)
dTW dTR
dt dt
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Ta
CR CS K
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(一) 在峰顶b点处， dT 0
dt
d dHt KTbTa T b T aK 1d dH t (68)
✓ 反应终点C以后，ΔT将按指数函数衰减直至
13.11Δ.20T20a（基线）
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(三) 将（6-7）式积分整理后得到
c
H
Cs[Tc Ta ] K
[T
a
Ta ]dt
(6 10)
由于差热曲线从反应终 点c返回到基线的积分
表达式可表示为 :
来自百度文库
Cs[Tc Ta ] K c [T Ta ]dt
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✓ 差热曲线是由差热分析得到的记录曲线。纵坐标 是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示放热反应， 向下表示吸热反应，横坐标为T（或t）。
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❖ 基 线 ： ΔT 近 似 于 0 的 区 段 (AB,DE段)。
❖ 峰：离开基线后又返回基线 的区段(如BCD)。
差热分析仪的组成 加热炉 温差检测器 温度程序控制仪 信号放大器 记录仪 气氛控制设备
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二、 差热曲线方程
➢为了对差热曲线进行理论上的分析，从 60年代起就开始进行分析探讨，但由于 考虑的影响因素太多，以致于所建立的 理论模型十分复杂，难以使用。
➢1975年，神户博太郎对差热曲线提出了 一个理论解析的数学方程式，该方程能 够十分简便的阐述差热曲线所反映的热 力学过程和各种影响因素。
丙酮和对硝基苯肼反应
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2. 材料相态结构的变化
✓检测非晶态的分相最直接的方法是通过 电镜观察，可直接观察样品的分相形貌， 在扫描电镜分析中还可以进行电子探针 分析，这样还可以探明分相中的组成。 但电镜分析比较复杂，从制样到分析需 要的周期比较长、而用DTA不仅制样简 单，而且方便快速。
✓ 应用差热分析对材料进行鉴别主要是根 据物质的相变（包括熔融、升华和晶型 转变等）和化学反应（包括脱水、分解 和氧化还原等）所产生的特征吸热或放 热峰。有些材料常具有比较复杂的DTA 曲线，虽然不能对DTA曲线上所有的峰 作出解释，但是它们象“指纹”一样表 征着材料的特性。
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❖ 吸热峰、放热峰
❖ 峰宽：离开基线后又返回基 线之间的温度间隔(或时间 间隔)(B’D’)。
❖ 峰高：垂直于温度(或时间) 轴的峰顶到内切基线之距离 (CF)。
❖ 峰面积：峰与内切基线所围 之面积(BCDB)。
❖ 外推起始点(出峰点)：峰前
沿最大斜率点切线与基线延
长线的交点(G)。
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一、 基本原理与差热分析仪
(62)
✓ 1）程序升温速率Φ恒定才能获得稳定的 基线；
✓ 2和）参C比R与物C应S越选相用化近学，上ΔT相a越似小的，物因质此；试样
✓ 3）升温过程中，若试样的比热有变化， ΔTa也发生变化，因此DTA曲线可以反映 出试样比热变化；
✓ 4）升温速率Φ值越小，ΔTa也越小。
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基线形成后继续升温，如果试样发生了吸热 变化，此时试样总的热流率为：
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设Tw为金属块温度，即炉温
程序升温速率 ： dT w
dt
当t=0时，TS=TR=Tw
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❖ 差热分析时，炉温Tw以φ开始升温，由于 存在热阻，TS、TR均滞后于Tw，经过一 段时间以后，两者才以φ升温。
❖ 升温过程中，由于试样与参比物的热容 量不同（Cs≠CR）它们对Tw的温度滞后并 不同（热容大的滞后时间长），这样试 样和参比物之间产生温差△T。当它们的 热容量差被热传导自动补偿以后，试样 和参比物才按照程序升温速度φ升温。此 时△T成为定值△Ta，从而形成了差热曲线 的基线。
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o-a之间是DTA基线形成过程
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此过程中ΔT的变化可用下列方程描述：
Δ T C RK C S 1ex p c K st
(61 )
当t足够大时，可得基线的位置:
TaC RK C S
(62)
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TaC RK C S
(6-12)式中没有涉及程序升温速率φ，即 升温速率φ不管怎样，S值总是一定的。 由于ΔT和φ成正比，所以φ值越大峰形越 窄越高。
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三、差热曲线分析与应用
DTA曲线提供的信息：
峰的位置 峰的形状 峰的个数
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1. 材料的鉴别与成分分析
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假 设:
❖试样S和参比物R放在同一加热的金属块 W中，使之处于同样的热力学条件之下。
➢1. 试样和参比物的温度分布均匀（无温 度梯度），且与各自的坩埚温度相同。
➢2. 试样、参比物的热容量CS、CR不随温 度变化。
➢3. 试样、参比物与金属块之间的热传导 和温差成正比，比例常数（传热系数）K 与温度无关。
(6 11)
c
H
K
[T
a
Ta ]dt K
c
[T
Ta ]dt
K a [T Ta ]dt KS
(6 12)
S：差热曲线和基线之间的面积
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根据式（6-12）可得出下述结论：
❖1.差热曲线的峰面积S和反应热效应ΔH成 正比；
❖2.传热系数K值越小，对于相同的反应热 效应ΔH来讲，峰面积S值越大，灵敏度 越高。
➢ 峰高(ΔTb-ΔTa)与导热系数K成反比，K越 小，峰越高、尖，（峰面积几乎不变，因 反应焓变化量为定值）。因此可通过降低 K值来提高差热分析的灵敏度。
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(二) 在反应终点C，
dH 0 dt
CSd dTtKTTa
lnTcTaCKS t
TcexpC K StTa (69)
17 差热分析法(DTA)
( Differential Thermal Analysis)
❖定义：在程序控制温度下，测量物质和 参比物之间的与关系的一种技术。
❖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。