热分析技术及其应用---上海交大ppt
热分析及其联用技术ppt课件
Thermocouple热电偶根据热电效应测量温度的传感器，是温度测量仪表中常用的测温元件。将不同材料的导体A、B接成闭合回路（图1a热电偶原理图）,接触点的一端称测量端,一端称参比端。
T。 EAB热电势 T
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第三节 热重分析与微商热重法 Thermogravimetry and DTG
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第三节 热重分析与微商热重法 Thermogravimetry and DTG
利用热天平的热重分析法是应用最早的热分析技术，与DTA（DSC）和TMA（DMA）共成为热分析技术的三大基础组成，在聚合物结构分析中有着广泛的应用。 热天平的发展经历了机械式和电磁式，现在均为电子式。
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1970年代， Perkin-Elmer （P-E）公司生产了带有数据处理系统的差示扫描量热法商品仪器；Dupont公司等不久开发出有自己特色的热流式DSC仪，原理示意如上。
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2.1.2 差热分析仪(DTA)的基本原理
试样和参比物之间的温度差用差示热电偶测量（DTA原理示意图），差示热电偶由材料相同的两对热电偶组成，按相反方向串接，将其热端分别与试样和参比物容器底部接触（或插入试样内）。并使试样和参比物容器在炉子中处于相同受热位置。记录温度差随温度变化的曲线称差热曲线或 DTA曲线。
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所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。 零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜。
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3.1.3 热分析常用仪器和常用术语
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7.4热机械分析 热膨胀法/ （静态） 热机械分析和动态热机械分析 = 动态力学热分析
热分析ppt幻灯片课件(2024)
2024/1/28
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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。
02
反应活化能计算
03
反应机理研究
利用热分析数据，可以计算化学 反应的活化能，揭示反应发生的 难易程度。
结合热分析结果，可以推测化学 反应的可能机理，为深入理解反 应过程提供依据。
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拟合函数选择
根据数据特点选择合适的拟合函数，如多项式、指数、对数等。
拟合参数求解
利用最小二乘法等数学方法求解拟合参数，使拟合曲线与实际数据 最佳匹配。
拟合优度评估
通过计算相关系数、残差平方和等指标评估拟合效果。
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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 。
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07
热分析在其他领域的 应用
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地质学领域应用
矿物鉴定
通过热分析技术可以鉴定矿物的种类和成分，为地质学研究提供重 要依据。
岩石学研究
利用热分析技术对岩石进行加热和冷却过程中的物理和化学变化研 究，有助于了解岩石的形成和演化过程。
地球化学研究
热分析技术可用于研究地球内部物质的热性质和热反应，揭示地球内 部物质循环和能量传递的机制。
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生物学领域应用
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生物大分子研究
通过热分析技术可以研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的热稳 定性和热变性行为，了解生物大分子的结构和功能关系。
生物组织研究
利用热分析技术对生物组织进行加热过程中的物理和化学变化研究 ，有助于了解生物组织的结构和功能特性。
热分析技术 (Thermal Analysis)ppt课件
精选ppt
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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
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热重（TG）
在程序控温下测量试样质量对温度 的变化。
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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。
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9/18/2019
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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。
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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。
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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。
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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。
热分析技术.PPT
玻璃化温度
C AD
B ½h ½h
T（A）：起始温度 T（C）：半高温度 T（D）：切线温度 T（B）： 终点 温度
16
17
A B
C
热量值
D
t
Q0(dH/dT)dt
18
１.5 实验方法及结果影响因素
１.5.1 样品形态
固态样品： 如固体产品分析。从其上割取一小块。 粉末样品： 如 粉末PP，金属粉末等。 薄膜样品： 塑料薄膜产品 液体样品： 如有机产品、高分子溶液 气态样品： 不允许
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１.7 在材料研究中应用
DTA、DSC比较
DTA
DSC
定义：温度差-温度关系 形式：温度差=f(温度） 结果：热转变温度
仪器：无热补偿单元
定义：功率差-温度关系 形式：功率差=f(温度） 结果：热转变温度
热量值
仪器：有热补偿单元
应用：定性分析
应用：定性、定量分析
应用领域：一切有热效应发生的转变过程
NBp83/CoCl2 交联后
NBp83/CoCl2 交联前
NBp83/CoCl2 交联后 30
DSC 曲线
31
DSC 曲线
32
DSC 曲线
33
(2) 熔融温度测定
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(3) 结晶度测定
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40
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(4) 结晶动力学研究
43
t
(dH / dt)dt
Xt
பைடு நூலகம்
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(1) 聚合物玻璃化转变温度（Tg)测定
27
NB p83/CoCl2 交联后 NB p83/CoCl2 交联前 纯NB p83
第5章 热分析ppt课件
二战以后 40年代末商业化电子管式差热分析仪问世。
1964年提出“差示扫描量热”的概念。
热分析已经形成一类拥有多种检测手段的仪器分析
方法。
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4
热分析技术的分类
差热分析 示差扫描量热分析 热重分析 逸出气体分析 热膨胀仪 热－力法 热－光法 电磁热分析 放射热分析等
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5
热分析技术分类
精品课件
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。
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（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）
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（3）试样的用量
第五章 热分析
精品课件
1
第一节 热分析概述
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2
一、热分析技术及分类 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性
质随温度变化的一类技术。
程序控制温度：指用固定的速率加热或冷却。 物理性质：包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、 机械、声学、电学及磁学性质等。
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3
热分析历史
1780年英国的Higgins使用天平研究石灰粘结剂 和生石灰受热重量变化。 1915年日本的本多光太郎提出“热天平” 概念。
峰：指曲线离开基线又回到
基线的部分，包括放热
峰和吸热峰。
峰宽：峰的温度间距。
峰高：表示试样与参比物之
间的最大温差，峰顶到
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基线的垂直距离。
19
差热反应起始温度的确定
外延始点温度：指峰的起始边陡峭部分的切线与外沿基 线的交点。
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。
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热分析技术及其应用
上海交通大学化学化工学院
朱子康
2009.4
热分析技术
•引言：定义、分类、发展
•基本原理：TG、DTA、DSC、TMA •影响测试结果的因素
•应用：金属、高分子、化学反应动力学与反应机理研究
引言
热分析的定义：
在程序控温下
测量物质的物理性质与温度关系的一类技术
热刺激电流法(TSC)图谱
薄膜试样程序升温→Tg附近→加电场→极化→降至室温→去除电场→再程序升温并测定其释放的电信号
(a) PC (b) PMMA (c) PET (d) PS
按研究问题分类统计
按研究物质的分类统计
按热分析方法分类
TG 原理图
TG（DTG）的工作曲线
差热分析（DTA）原理图
DTA 的工作曲线
DSC 的基本原理
•工作原理：
测量输入到试样或参照物的能量随温度（或时间）的变化
•工作特点：
工作曲线的形状与DTA相同
可以定量研究各种热效应
DSC 的基本原理
•工作过程：
试样和参照物程序升（降）温
试样产生物理或化学变化,放出或吸收热量试样与参照物之间产生温度差ΔT
控制系统动作
使低温侧补偿器（电热丝）通电加热
维持试样与参照物之间温度差= 0
记录补偿的热量W与试样温度的关系
差示扫描量热法DSC原理图
DSC 的工作曲线
(PP在不同降温速率下的结晶曲线)
Photo-DSC工作原理
•在DSC的基础上
•试样在设定温度下照射紫外光时
•测定：
光照射时间(t)~光化学反应热效应的关系•主要用来研究光化学体系的反应性能–光引发剂的引发性能
–光反应体系基体树脂的光反应性能
–光化学反应的转化率~时间的关系
–光化学反应的反应速度~转化率的关系
TMA（DMA）基本原理
•TMA：测定试样在恒定作用力下
程序温度变化时，
试样一维尺寸随温度的变化。
•DMA：测定试样在动态作用力下
程序温度变化时
试样的动态力学性能（模量、
力学损耗）随温度的变化。
TMA（DMA）原理图
TMA 和DMA 的工作曲线TMA DMA
热分析仪器的发展•更大的测试温度范围
低温：-200℃；高温：2400 ℃
•更高的测试灵敏度
TG：0.1 μg；DSC：0.1 μw
•更宽的温度变化速率
0.001℃/分；300℃/分
•同步热分析仪
TG—DTA；TG—DSC同步测定
•热分析仪的联用
TG—气相色谱；TG—红外；TG—质谱
DSC—X衍射
影响试验结果的因素
•试样状况:
颗粒尺寸、粒度试样质量
试样装填情况
试样的热传导性试样的热容量
试样的热历史状况•试验条件：
加热（冷却）速率使用坩埚的状况试验气氛、流量仪器特性
热分析技术应用简介
•在金属材料中的应用
•在有机及高分子材料中的应用•在化学反应动力学以及反应机理研究中的应用
在金属材料中的应用
1.相图的绘制(理想二组份共晶相图)
2. 居里点的测定（DSC）
3. 金属氧化腐蚀性能测定
4. 金属材料的熔点测定
5.铁水成分测定及性能预报
热分析法依据的原理是：液态合金在冷却过程中所发生的任何一种相变(包括初晶析出的液相转变和共晶结晶转变)，都伴有热量的释放或吸收，从而使合金试样温度变化的连续性受到破坏，显现出特有的冷却曲线形状及相应的温度特征值，根据这些特征值，便可确定铸铁的成分，并预报有关的机械性能。
灰铸铁成分及相关性能与特征温度的关系
球铁的球化率
)与过冷温从凝固温度曲线来分析，初晶温度(T
L
)的温度差越大，铁液的共晶度越低，初生度(T
C
)奥氏体枝晶越发达，球化率越低。
过冷温度(T
C
)的温度差(ΔT)越大(未严重衰退与共晶温度(T
E
时)，铁液的型核能力越差，球化率越低。
热分析在高聚物中的应用1. 高聚物熔点的测定
2. 玻璃化转变温度T
的测定
g
4. 聚合物热稳定性的研究
也可用以评定抗氧剂、热稳定剂等的功效
5. 聚合物固化反应的研究
体型结构聚合物——交联、固化过程
交联、固化是放热反应：可用热分析研究
酚醛树脂、不饱和聚酯树脂
环氧树脂、天然与合成橡胶等
环氧树脂的固化（DSC）
T a 起始固化温度T
b
固化速率最大的温度
T
c
固化终止温度固化热效应（峰面积）
6. 高分子共混物的研究
高分子共混体系
的相容性共混物的T
g
7. 高聚物动态力学性能的研究DMA可测定动态力学性能的有关参数
在化学反应动力学
及反应机理研究中的应用
DSC研究化学反应动力学（一）
《Kissinger法》
：峰顶温度（K）β：升温速率（℃/min）T
P
A：频率因子R：气体常数
E：反应活化能（J/mol）
DSC研究化学反应动力学（二）•在3~5个不同的升温速率
下对研究的化学反应做
DSC分析
•得到不同升温速率时的
DSC曲线如图
•作图:
DSC研究化学反应动力学（三）
环氧树脂固化反应动力学研究(一）
不同升温速率下
环氧树脂固化的DSC曲线
Φ(℃/min) Tp(℃)
2.5 144.7
5 160.9
10 177.9
20 196.9。