热分析基础-PPT课件
合集下载
2024年度热分析汇总精选课件
样品制备
02
根据实验要求，对样品进行研磨、筛分、干燥等预处理，以获
得均匀的样品颗粒和稳定的实验条件。
样品量控制
03
根据实验仪器和方法的要求，合理控制样品量，以确保实验结
果的准确性和可重复性。
13
实验条件选择与优化
1 2
温度范围选择 根据样品的性质和实验目的，选择合适的温度范 围进行实验，以获得全面的热分析数据。
数据处理 数据处理方法的选择和参数的设定对 热分析结果的解释和推断有重要影响。
17
案例分析：成功应用案例分享
2024/3/24
案例一
某高分子材料的热稳定性研究。通过热重分析（TGA）和差热分析（DSC）等手段，研究了该高分子材料在不同温度下的 热分解行为和热稳定性，为其应用提供了重要依据。
案例二
某金属氧化物的相变研究。利用高温X射线衍射（HT-XRD）和热膨胀仪等手段，研究了该金属氧化物在不同温度下的相 变过程和晶体结构变化，揭示了其相变机制和物理性能变化规律。
缺点
受样品用量、粒度、升温速率 等因素影响，结果重现性较差。
8
差示扫描量热法（DSC）
原理
在程序控制温度下，测量输入到 样品和参比物的功率差与温度的
关系。
应用
用于研究物质的熔点、结晶点、 玻璃化转变温度、热容等。
2024/3/24
优点
分辨率高，可定量测量，结果重 现性好。
缺点
对设备要求较高，价格较贵。
案例三
某复合材料的热导率研究。通过激光导热仪等手段，测量了该复合材料在不同温度下的热导率，并结合 微观结构分析，揭示了其热导率与微观结构之间的关系，为其优化设计提供了指导。
18
05
热分析技术 (Thermal Analysis)ppt课件
精选ppt
31
wii(Tg - Tg i) = 0
两组分体系
w11(Tg - Tg1) + w22(Tg - Tg2) = 0
Tg (w11 + w22)= w11Tg1 + w22Tg2
T gw 1w 1 T 1g1 1 w w 2 22 2 T g2w 1 T w g1 1 K K2 2 T w w g2
体积收缩过程是一级过程： 即排出速率与待排出自由体积分数成正比：
ddVt1Vt V1
Vt-V1
V0、V1分为T0、T1下的平衡体积
1 为速率常数
精选ppt
V0 T0 Vt V1 T1
17
ddVt1Vt V1
dVVt V1
dt
dV dt
Vt V1
lnV(t
V)Vt V1 1 V0V1
t
t 0
其数学表达式为：P = f (T)，式中P为物质的一种物理量， T是物质的温度。所谓程序控制温度就是把温度看作时间的函 数：T = φ (t), 其中 t 是时间，则 P = f (T or t)。
精选ppt
2
上述物理性质主要包括质量、温度、能量、尺寸、力学、 声、光、热、电等。根据物理性质的不同，可使用相应的热分 析技术，例如：
精选ppt
34
Tg, c = 164 K (-109C)
Tg, t = 179 K (-94C) K1 = 0.75
Tg, v = 257 K (-16C)
K2 = 0.50
T g(B) R 16 w c w 4 1 c 0 7 .0 7 .7 w 9 t5 w 5 t0 .5 2 w v 0 5 0 .5 7 w v
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。
热分析技术PPT课件
从熔融热焓法得到的结晶度定义为
c
Ha H H a Hc
9/18/2019
20
热重（TG）
在程序控温下测量试样质量对温度 的变化。
9/18/2019
21
TG仪器
热重分析仪的基本部件是热天平。根据结 构的不同，热天平可分为水平型、托盘型 和吊盘型三种。
9/18/2019
22
9/18/2019
9/18/2019
2
热分析技术
热分析（Thermal Analysis, TA）是指在程序控 温下测量物质的物化性质与温度关系的一类技术。
根据所测物性的不同，广义的热分析方法可分为9 类17种，但狭义的热分析技术只限于差热分析 （Differential thermal analysis, DTA）、差示扫 描量热（Differential scanning calorimetry, DSC）、热重分析（Thermogravimetry, TG）、 热机械分析（Thermomechanical analysis, TMA） 和动态热机械分析（Dynamic mechanical analysis, DMA）等。
9/18/2019
E'(elastic）
E（" viscous） 48
动态模量
E’ 为弹性模量，又称为储能模量，代表材 料的弹性； E” 为黏性模量，又称为损耗模量，代表材 料的黏性。 损耗模量对储能模量的比值称为损耗因子 或损耗角正切，即
tan E"/ E' DMA测试通常记录的是动态（储能、损耗） 模量对温度、频率等的变化。
9/18/2019
31
2019/9/18
热分析PPT课件下载
04
差示扫描量热法
差示扫描量热法基本原理
差示扫描量热法（DSC）是一种热分析方法，用于测量样品与参比物之间的功率差随温度或时间的变 化。
DSC基本原理是，在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差（如以热的形式）与温度的关 系。
DSC曲线可以反映样品在加热或冷却过程中的吸热或放热行为，从而得到样品的热性能参数，如熔点、 玻璃化转变温度等。
热分析PPT课件下载
目 录
• 热分析概述 • 热重分析法 • 差热分析法 • 差示扫描量热法 • 热机械分析法 • 热分析实验技术与方法
01
热分析概述
热分析定义与原理
热分析定义
热分析是一种研究物质在加热或冷却 过程中物理和化学性质变化的技术。
热分析原理
通过测量物质在温度变化过程中的各 种热力学参数（如热容、热导率、热 膨胀系数等）和化学反应参数（如反 应热、反应速率等），来研究物质的 组成、结构和性质。
热机械分析（TMA）
测量物质在温度变化过程中的尺寸变 化，用于研究物质的热膨胀系数和机 械性能等。
02
热重分析法
热重分析法基本原理
热重分析法定义
01
通过测量物质在程序升温过程中的质量变化，研究物质的热稳
定性和热分解等性质的一种技术。
热重分析仪构成
02
主要由加热系统、温度控制系统、天平测量系统和记录系统组
根据实验需要选择合适的气氛，如空气、氧气、氮气等。
数据处理与结果分析方法
数据采集
使用专业的热分析软件对实验数据进行采集和记录。
数据处理
对采集到的实验数据进行平滑、去噪、基线校正等处理，以获得更 准确的实验结果。
结果分析
根据实验目的和数据处理结果，对样品的热性质进行分析和解释，如 热稳定性、热分解温度、热焓等。
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；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对流一般作为面边界条件施加
TB
Tsห้องสมุดไป่ตู้
B.热传递的三种类型-辐射
Training Manual
从面 i 到面 j 的辐射热通量由施蒂芬-玻耳兹曼定律得出:
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
Q Ai Fij (Ti 4 T j4 ) heat flow rate fromsurfacei to surfacej Where, Stefan- Boltzmannconstant emissivity Ai area of surfacei Fij formfactorfromsurfacei to surfacej Ti absolutetemperatu re of surfacei T j absolutetemperatu re of surfacej
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
B.热传递的三种类型-传导
Training Manual
传导引起的热通量流由传导的傅立叶定律决定：
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
q* Knn Where,
T heat flow rate perunit area indirection n n
i
j
在ANSYS中将辐射按表面现象处理(即体都假设为不透明)。
C.热力学第一定律
Training Manual
能量守恒要求系统的能量改变与系统边界处传递的热和功数值相等。 能量守恒在一个微小的时间增量下可以表示为方程形式
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
将其应用到一个微元体上，就可以得到热传导的控制微分方程。
Training Manual
热分析
１．ANSYS热分析基础
Training Manual
热分析目的
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
热分析用于计算一个系统和部件的温度分布及其它热物理参数,
如热量的获取或损失、热梯度、热流密度(热通量)等。
热传导的三种基本类型
1) 传导: 两个良好接触的物体之间或一个物体内部不同部分之间由于 温度梯度引起的能量交换。
• 吸收率
• 施蒂芬-玻耳兹曼常数 • 热导率 • 热流率 • 热流密度
q * heat flux q internal heat generation E energy
/volume
• 内部热生成 • 热(能量)
A.基本概念-国际单位
• • • • •
• • • •
Training Manual
A.基本概念-英制单位
• • • • • • • • • 温度 热流率 热传导率 密度 比热 对流换热系数 热通量(热流密度) 温度梯度 内部热生成
Training Manual
• Degrees F (or R) • BTU / hr • BTU / ( hr • inch • degree F ) • lbm / ( inch3 ) • BTU / ( lbm • degree F ) • BTU / ( hr • inch2 • degree F ) • BTU / ( hr • inch2 ) • degree F / inch • BTU / ( hr • inch3 )
Knn thermal conductivi tyindirection n T temperatu re T thermal gradient indirection n n
T
q*
dT dn
负号表示热量沿梯度的反向流动 (例如, 热量从热的部分流向冷的部分).
n
B.热传递的三种类型-对流
2) 对流:在物体和周围流体之间发生的热交换。
3) 辐射:一个物体或两个物体之间通过电磁波进行的能量交换。
A.基本概念-符号及意义
t time T temperatur e density c specific heat h f film coefficien
• 时间 • 温度
D.热传递分析的非线性
Training Manual
• 当比热矩阵、热传导率矩阵和/或等效节点热流向量是温度的函数 时，分析就是非线性的，需要迭代求解平衡方程。如果所有三项 都是与温度有关的，那么控制方程可以写为如下形式:
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 下面几项都可以使得分析包括非线性: – 与温度相关的材料特性 – 与温度相关的对流换热系数 – 使用辐射单元 – 与温度相关的热源（热通量流） – 使用耦合场单元（假设载荷向量耦合）
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• 密度
• 比热
t constant ty
• 对流换热系数
k Q
emissivity Stefan - Boltzmann thermal conductivi heat flow (rate)
温度 热流率 热传导率 密度 比热
对流换热系数 热通量(热流密度) 温度梯度 内部热生成
• Degrees C ( or K ) • Watts
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
• Watts/ ( meter.degree C ) • kilogram/ ( meter3 ) • ( Watt.sec ) / ( kilogram .degree C) • Watt/ ( meter2.degree C ) • Watt/ ( meter2 ) • degree C / meter • Watt/ ( meter3 )
Training Manual
对流引起的热通量由冷却牛顿定律得出:
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
* q h T T ) heat flow rate per unit area between surface and fluid f( S B
Where, h convective film coefficien t f T surface temperatu re S T bulk fluid temperatu re B