材料的热力学表征.ppt

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1、热分析热分析：是利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析的总称。根据国际热分析协会(ICTA)对热分析法的定义：“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”。所谓“程序控制温度”是指用固定的速率加热或冷却，所谓“物理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、声学、电学及磁学性质等。差热分析与差示扫描量热法(DTA,DSC)热重分析法(TGA)热机械分析法(TMA)热膨胀法(DIL)动态热机械分析法测量物理与化学过程（相转变，化学反应等）产生的热效应;比热测量测量样品的维度变化、形变、粘弹性、相转变、密度等热分

2、析(TA)逸出气分析(EGA–MS,FTIR)介电分析法(DEA)测量介电常数、损耗因子、导电性能、电阻率（离子粘度）、固化指数（交联程度）等导热系数仪热流法激光闪射法测量由分解、挥发、气固反应等过程造成的样品质量随温度／时间的变化热分析技术组成部分程序控制温度系统测量系统显示系统气氛控制系统操作控制和数据处理系统热重法（TG）基本概念：△m质量变化dm/dt质量变化/分解的速率DTGTG曲线对时间坐标作一次微分计算得的微分曲线DTG峰质量变化速率最大点，作为质量变化分解过程的特征温度TonsetTG台阶的起始点，对分解过程可作热稳定性的表

3、征热重法(Thermogravimetry,TG)是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。热重分析仪（TG）原理图TG–应用范围质量变化热稳定性分解温度组份分析脱水、脱氢腐蚀/氧化还原反应反应动力学TG方法常用于测定：TG曲线根据热重曲线上各平台之间的重量变化，可计算出试样各步的失重量。纵坐标通常表示：质量或重量的标度总的失重百分数分解函数在热重曲线中，水平部分表示重量是恒定的，曲线斜率发生变化的部分表示重量的变化，因此从热重曲线可求算出微商热重曲线。根据热重曲线上各步失

4、重量可以简便地计算出各步的失重分数，从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物。从热重曲线可看出热稳定性温度区、反应区、反应所产生的中间体和最终产物。该曲线也适合于化学量的计算。DTG曲线微商热重曲线(DTG曲线)表示重量随时间的变化率(dW/dt)，它是温度或时间的函数，dW/dt=f(T或t)。DTG曲线的峰顶d2W/dt2=0，即失重速率的最大值，它与TG曲线的拐点相对应。DTG曲线上的峰的数目和TG曲线的台阶数相等，峰面积与失重量成正比。因此，可从DTG的峰面积算出失重量。在热重法中，DTG曲线比TG曲线更有用，因为它与DTA曲线相类

5、似，可在相同的温度范围进行对比和分析，从而得到有价值的信息。实际测定的TG和DTG曲线与实验条件，如加热速率、气氛、试样重量、试样纯度和试样粒度等密切相关。最主要的是精确测定TG曲线开始偏离水平时的温度即反应开始的温度。总之，TG曲线的形状和正确的解释取决于恒定的实验条件。影响TG曲线的主要因素：仪器因素——浮力、试样盘、挥发物的冷凝等；实验条件——升温速率、气氛等；试样的影响——试样质量、粒度等。TG应用实例差热分析(DifferentialThermalAnalysis,DTA)差热分析(DTA)是在程序控制温度下，测量物质和参比物的温

6、度差与温度关系的一种方法。当试样发生任何物理或化学变化时，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，从而相应地在差热曲线上可得到放热或吸热峰。差热曲线(DTA曲线)，是由差热分析得到的记录曲线。曲线的横坐标为温度，纵坐标为试样与参比物的温度差(△T)，向上表示放热，向下表示吸热。差热分析也可测定试样的热容变化，它在差热曲线上反映出基线的偏离。差热曲线中的吸/放热峰是如何形成的?在样品的熔融过程时，样品端的温度保持恒定，而此时参比端的温度仍在升高。以参比与样品的温度差对时间作图，就得到了差热曲线。所谓参比物即是一种热容与试样相近而在

7、所研究的温度范围内没有相变的物质，通常使用的是α-Al2O3，熔石英粉等。相变包括两类过程：第一类为物理过程，有熔化结晶、多晶相变，磁转变等，此类一般属可逆反应；第二类为化学过程，有分解、化合、化学吸附与解吸、氧化、还原等，这一类多数是不可逆过程。特别是当有气体参加或有气体逸出和有大量能量吸收或放出的过程是这样。例如：脱水、分解(放出气体)、氧化、化合(生成较稳定的新相)等等。实际记录的曲线往往与理想状态有差异。例如，过程结束后曲线一般回不到原来的基线，这是因为反应产物的比热、热导率等与原始试样不同的缘故。此外，由于实际反应起始和终止往往

8、不是在同一温度，而是在某个温度范围内进行，这就使得差热曲线的各个转折都变得圆滑起来。实际的差热曲线图为一个实际的放热峰。反应起始点为A，温度为Ti；B为峰顶，温度为Tm，主要反应