材料研究方法热分析.ppt

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材料研究方法热分析

IR与DSC联用 DSC与光学显微镜的联用 DSC与光学显微镜的联用 热重法的应用 热失重的特点是定量性强,能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。 热失重的试验结果与实验条件有关。 热失重在本世纪50年代,有力地推动着无机分析化学、高分子聚合物、石油化工、人工合成材料科学的发展,同时在冶金、地质、矿物、油漆、涂料、陶瓷、建筑材料、防火材料等方面也十分广泛,尤其近年来在合成纤维、食品加工方面应用更加广泛。总而言之,热重分析在无机化学、有机化学、生物化学、地质学、矿物学、地球化学、食品化学、环境化学、冶金工程等学科中发挥着重要的作用。 热重法的应用 无机物及有机物的脱水和吸湿; 无机物及有机物的聚合与分解; 矿物的燃烧和冶炼; 金属及其氧化物的氧化与还原; 物质组成与化合物组分的测定; 煤、石油、木材的热释; 金属的腐蚀; 物料的干燥及残渣分析; 升华过程; 液体的蒸馏和汽化; 吸附和解吸; 催化活性研究; 固态反应; 爆炸材料研究; 反应动力学研究,反应机理研究; 新化合物的发现。 失重量的计算 热失重有关的几个名词:热天平;试样;试样支持器;平台;起始温度(Ti);终止温度(Tf);反应区间Ti~Tf。 实验条件:质量mg;扫描速率(升温速率)℃/min;温度范围(℃或K);气氛等。 以草酸钙脱水失重为例。 三个脱水失重区间失重率的计算如下: ΔW1%=(W0-W1)100%/W0 ΔW2%=(W1-W2)100%/W0 ΔW3%=(W2-W3)100%/W0 ΔW%=(W0-W1)100%/W0 总失重率 ΔW=ΔW1+ΔW2+ΔW3也可用ΔW%=(W0-W3)100%/W0 残渣:100%-ΔW%=W渣% 注意 实际上的TG曲线并非是一些理想的平台和迅速下降的区间连续而成,常常在平台部分也有下降的趋势,可能原因有: (1)这个化合物透过重结晶或用其它溶剂进行过处理,本身含有吸附水或溶剂,因此减重; (2)高分子试样中的溶剂,未聚合的单体和低沸点的增塑剂的挥发等,也造成减重。 可用以下方法消除影响 (1)无机化合物在较低温度下干燥,如硅胶、五氧化二磷干燥剂,把吸湿水去掉。 (2)可控温下的真空抽吸,把单体及低沸点的增塑剂、挥发物分离出来。 图17-11 钙、锶、钡水合草酸盐的TG曲线与DTG曲线 (a)DTG曲线;(b)TG曲线 五、热膨胀分析 ?热膨胀分析法(Thermodilatometry) ——在程序控制温度下,测量物质在可忽视负荷下的尺寸随温度变化的一种技术。 ?线膨胀系数和体膨胀系数的测定。 定义:热膨胀法就是在程序控制温度下,测量物质的尺寸变化与温度关系的 一种方法。 热膨胀仪及实验方法: 热膨胀法的应用: DIL 402PC型热膨胀仪 一、热膨胀法的基本原理 热膨胀法就是在程序控制温度下,测量物质的尺寸变化与温度关系的一种方法。 二、热膨胀仪及实验方法 热膨胀仪按照位移检测方法可分为差动变压器检测、光电检测和激光干涉条纹检测三种类型。 差动变压器检测膨胀仪是一种天平式的膨胀仪,由加热炉系统、温度控制系统、气氛控制系统、测量系统和记录系统组成。 ?线膨胀系数的测定 线膨胀系数α为温度升高1℃时,沿试样某一方向上的相对伸长(或收缩)量 ?体膨胀系数的测定 体膨胀系数γ为温度升高1℃时试样体积膨胀(或收缩)的相对量 三、热膨胀法的应用 热膨胀法在陶瓷材料的研究中具有重要意义,研究和掌握陶瓷材料的各种原材料的热膨胀性对确定陶瓷材料合理的配方和烧成制度是至关重要的。 综合热分析 在科学研究和生产中,无论是对物质结构与性能的分析测试还是反应过程的研究,一种热分析手段与另一种或几种热分析手段或其他分析手段联合使用,都会收到互相补充、互相验证的效果,从而获得更全面更可靠的信息。因此,在热分析技术中,各种单功能的仪器倾向于综合化,这便是综合热分析法,它是指在同一时间对同一样品使用两种或两种以上热分析手段,如DTA-TG、DSC-TG、DTA-TG-DTG、DSC-TG-DTG、DTA-TMA、DTS-TG-TMA等的综合。 五、热分析技术的发展 ?小型化、高性能化 仪器体积缩小,检测精度提高,测定温度范围加大。 ?热分析联用技术的应用——综合热分析 DTA-TG、DSC-TG、DSC-TG-DTG、DTA-TMA、DTA-TG-TMA 联用 与气相色谱、质谱、红外光谱等的联用 ?新型热分析技术 高压DTA、DSC技术 微分DTA技术 STA 449 C型综合热分析仪 综合热分析法实验方法和曲线解释与单功能热分析法完全一样,但在曲线解释时有一些综合基本规律可供分析参考: 1、产生吸热效应并伴有质量损失

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