示差扫描热量分析仪DifferentialScanningCalorimetry;DSC.doc

高分子材料特論作業 測結晶度儀器原理 學生:林振崑 學號:M9940108 授課老師:陳澄河 教授 示差掃描熱量分析儀 (Differential Scanning Calorimetry; DSC) 原理示差掃描熱量分析儀DSC(Differential Scanning Calorimetry)，在儀器中兩個試料容器有自己的加熱系統及測溫系統來偵測待測物即標準物的溫度。DSC的原理位一在空溫的程序下，測量樣品的轉移溫度，並測量在轉移過程中所發生的熱流變化與時間及溫度的函數關係。在設定的溫度(或降溫)過程中，儀器的控溫系統將兩者於測試的過程中一直保持相同的溫度，由於標準不並不會有反應，當待測物發生吸熱(放熱)反應時，待測物一側的測溫器會偵測出因吸熱(放熱)反應時造成此處的溫度較標準物側的溫度低(高)，因此，待測物端的加熱系統會叫標準物側的加熱系統額外的多輸入(減少)一些熱量(以電流或電壓的變化)，以增加(減少)待測物的溫度，如此可以保持兩者的溫度一致。而在測試的過程為保持兩者溫度相同，其所需在待測物端的額外增加或減少熱量就是待測物在測試過程中由於反應所造成的實際熱量變化。因此DSC可以用做反應或相變化等的定性及定量的實驗。DSC的用途廣泛，舉凡各種物質的反應或相變化具有吸熱或放熱反應，其皆可偵測得知其反應的起始溫度。可分析的反應如金屬材料的合金熔煉後的析出過程、礦物的脫水反應、有機的熱聚合及硬化反應、陶瓷材料的相變化、玻璃材料的再結晶等。熱分析法：合金系統若有相變態發生，由與潛熱的釋放，使得冷卻曲線斜率改變，可依此測得相變態溫度。 DSC之圖形說明 當存在於高分子之玻璃轉移溫度（Tg）以上時，由於高分子的熱容（heat capacity）會較Tg之前增加很多，因此在進行升溫掃描實驗時，dq/dt值在通過Tg時會出現如圖一的現象： 假如一個結晶性高分子被加熱到熔點以上的範圍，則會出現如圖二： 而融化熱（ΔΗｆ）就是圖中陰影部份的面積，其值也可用來計算材料的結晶比率。 從聚合物結晶熔融曲線的熔融峰，讀出樣品的結晶熔點Tm；對熔融峰面積進行積分，得到樣品的結晶熔融熱ΔH，根據下式計算樣品的結晶度： ΔHc是聚合物完全結晶的結晶熔融熱，可從聚合物手冊中查出或根據晶胞參數計算。 從聚合物非等溫結晶曲線的結晶峰，讀出樣品的結晶溫度Tc。該結晶溫度與結晶熔點之差ΔT稱為過冷度，它可以表徵結晶速率的快慢，過冷度越小，聚合物結晶傾向越大，結晶速度越快。 參考資料: /question/question?qid=1405111408762 .tw/gwo-mei/%E5%8C%96%E6%9D%90HTM/%E5%AF%A6%E9%A9%97%E4%B8%89%20%20%E7%86%B1%E5%88%86%E6%9E%90%E7%9B%B8%E8%AE%8A%E5%8C%96%E5%AF%A6%E9%A9%97(%E4%BF%AE%E6%AD%A3%E7%89%88%EF%BC%89.html /admin/WebEditor/uploadfile/Other/20090610141435258.pdf X-射 線 分 析 法 原理： 當原子接受外界能量後，原子成為激發態。當能量不大時，原子中最外層的價電子會躍升到較高的能階去；但當能量極大時，原子內層穩定的電子也會因吸收能量而移向外層或放射出去。當原子內層失去電子後，外層電子就會移向內層，填補空軌，當原子外層電子移向內層電子空軌道時，放出的能量是移動兩個能階的能量差，這個能量差所形成射線，就是X-射線。 X-射線繞射分析： 將物質研磨成細粉，測定此細粉的X-射線繞射情形，鑑定物質結晶型態的簡便方法，稱為粉末繞射。根據粉末繞射光譜，可以鑑定結晶性物質。 由光譜上之各繞射角，就可以根據Bragg diffraction law，算出結晶中所有組面的垂直距離。再者，結晶上各面原子密度不同，則各面繞射時的強度也就不同，因此由一粉末繞射光譜中，各光譜線的強弱和位置，就可以鑑定某一結晶物質的存在。若樣品是很多種結晶性物質的混合物，各成分的繞射光譜均可觀察的到。光譜線的強度，大致與各成分的含量成正比。因此，X-射線粉末繞射光譜也可以作各結晶成分的定量分析；不過精確度不高。 應用： (1) 判別結晶物質中原子的間隔與排列，對金屬、高分子物質和 其他固體物理性質有更清晰的聊解。 (2) 定性鑑定結晶化合物 （因為每種物質的X-射線繞射線都很 特別，如果一未知樣品的繞射線與已知標樣相符，就可認定 它們化學成分上相同）。 以X-射線繞射鑑定結晶化合物 X-ray結晶學 X-ray之基礎理論 (一)未經原子平面間d之入射光以θ之反射光先反射而回。 (二)當入射光經平面１→２間，原子平面距離d之反射光。如下