《热分析技术》ppt课件

《《热分析技术》ppt课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、教案第十四周,3学时教学内容：第十四章热分析技术教学目标：了解差热分析和热重分析TGA，掌握示差扫描量热法，了解热分析技术在高聚物研究中的应用。重点：示差扫描量热法难点：热重分析方法：讲授、讨论、实例准备：多媒体过程：后附课件材料近代分析测试方法第十四章热分析技术14.1差热分析14.2示差扫描量热法14.3热重分析（TGA）14.4热分析技术在高聚物研究中的应用1、热分析技术：国际热分析协会（ICTA）的定义如下：它是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性质随温度变化的函数关系的技术。2、热分析的基础：物质在发生物理变化或化学变化时，往往伴随着热力学

2、性质的变化，因此可通过测定其热力学性能的变化，来了解物质的物理或化学过程。3、热分析方法：（1）差热分析（DTA）；（2）示差扫描量热法（DSC）；（3）热重分析（TGA）；（4）热机械分析（TMA）。概述14.1差热分析14.1.1差热分析的基本原理及设备1、差热分析（DTA）：在程序控温的情况下，测量试样与参比的基准物质之间的温度差与环境温度的函数关系。2、实验方法：选两个相同的白金坩埚，一个装参比物，另一个装欲测高聚物样品。两坩埚在相同条件下加热。在试样上形成温度梯度，温度的变化方式会依温度差热电偶接触点位置的而有所不同。其测温方式见图（13-1

3、）。14.1.2差热分析曲线DTA曲线一般称热谱图，以温度为横坐标，以试样和参比物的温差△T为纵坐标。以吸热和放热峰显示了样品受热时的不同状态。图（13-2）是DTA吸热转变曲线。由于热电偶的不对称性，因此开始升温的基准线并非△T=0的线，升温速度不同也会造成基线漂移。设试样和参比物(包括容器、温差热电偶等)的热容Cs、Cr不随温度而改变，并且假定它们与金属块间的热传递和温差比例常数K与温度无关。基线位置(ΔT)α有：由此可见，基线偏离仪器零点的原因是由于试样和参比物之间的热容不等(Cs≠Cr)，因此参比物选用与被测试样在化学结构相似的物质。有时在试样

4、中混合其它参比物来稀释，尽量使Cs与Cr接近。此外，升温速度的变化也会影响基线的变化。（13－1）K与装置的灵敏度有关，K↗，ΔTα↘如果热容发生变化，可能会有相变发生，可用于高聚物的测试，也可以用于金属材料的测试。从图可见，当试样温度偏离基线α时，如果发生了某种吸热反应，ΔT不再是恒定值，随时间的变化产生急剧变化，因是吸热反应，所需热量环境不能保证，只能靠减慢试样温度上升速度来平衡，出现了ΔT的极大值峰，以ΔH表示试样吸收或放出的热量，假定环境升温速度Φ恒定，熔化时试样的吸热速度为dΔH/dt，可得到：吸热或放热反应后，DTA曲线都会偏离基准线，当Δ

5、T↗时，式（14－2）右边的第二项变大。当dΔH/dt＞K[ΔT–ΔTα]时，DTA呈偏离基线趋势，当吸放热反应趋于完成时，dΔH/dt↘；当dΔH/dt＝K[ΔT–ΔTα]，ΔT达到极大值ΔTb;ivdΔH/dt＜K[ΔT–ΔTα]，ΔT↘，DTA曲线逐渐回到基线。当ΔT处于高峰b点时，ΔT为ΔTb，此时ΔT/dt＝0，式（14－2）可转换为：从上式可见，K越小，ΔTb–ΔTα越大。为了降低K值，常在样品容器和金属块之间设法留一个气隙，确保得到一个尖锐峰。当温度升到c点时，整个过程的热交换总量：上式为a点到c点的积分面积。若假设c点偏离基线不远，即（

6、ΔT）c≈(ΔT)a上式可简写成：确定c非常重要，因为可以得反应终点的温度。假设物质的自然升温(或降温)的过程是按指数规律进行的，则可以用b点以后的一段曲线数据，以1g[ΔT–ΔTα]对T作图，可得图(14－3)。曲线上开始偏离直线(即不服从指数规律)的点即c点。如果升温过程中试样仅发生比热容的变化，即Cs→Cs´,仍然会影响到ΔTα值，使基线发生偏移。这种情况往往在高聚物中发现。图14－4是高聚物的的DTA和DSC曲线示意图。图中可以看到固态结构形态一级转变的吸热峰，玻璃化转变引起的基线平移，结晶放热峰、晶体熔融吸热峰，固化、氧化、化学反应或交联的吸

7、热或放热峰和分解挥发的吸热峰等。特别指出：从DTA曲线上可以看到物质在不同的温度情况下所发生的吸热和放热反应，但不能得到热量的定量数据。示差扫描量热计（DSC）可准确测量热量。结构见图（14-1）P217。1）、热电偶；铂－铑2）、测量池：试样池和参比池测量池与其托架接触良好以保证能追随程序温度的变化。有两种池设计方式：一是经典设计，热电偶放入试样和基准物之中，如图14－5所示。该形式的要缺点：a.、同一仪器的重复性不好。ΔT受试样和基准物的密度、导热系数、比热容、热扩散等因素的影响极大．而且受热池及环境的结构几何因素影响亦很大。所以常常用不同的仪器得

8、到差别较大的DTA曲线。b、容易损坏。但是它装置简单。14.1.3DTA结构第二种设计是改进型