第三章材料结构的表征报告.ppt

1. 热分析概述 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。国际热分析协会ICTA （International Confederation for Thermal Analysis) 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、电学及磁学性质等。 热分析起始于1887午，德国人H.Lechatelier用一个热电偶插入受热粘土试样中，测量粘土的热变化；所记录的数据并不是试样和参比物之间的温度差。 1899年，英国人Roberts和Austen改良了Lechatelier装置，采用两个热电偶反相连接，采用差热分析的方法研究钢铁等金属材料。直接记录样品和参比物之间的温差随时间变化规律；首次采用示差热电偶记录试样与参比物间产生的温度差．这即目前广泛应用的差热分析法的原始模型。 1915年日本的本多光太郎提出了“热天平”概念并设计了世界上第一台热天平（热重分析）；测定了MnSO4.4H2O等无机化合物的热分解反应。 二十年代，差热分析在粘土、矿物和硅酸盐的研究中使用得比较普遍。从热分析总的发展来看，四十年代以前是比较缓慢的．例如热天平直到四十年代后期才用于无机重量分析和广泛应用于煤炭高温裂解反应。 20世纪40年代末商业化电子管式差热分析仪问世，60年代又实现了微量化。1964年，Watson和O’Neill等人提出了“差示扫描量热”的概念，进而发展成为差示扫描量热技术，使得热分析技术不断发展和壮大。 热分析的应用类型 1.成份分析：无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的相图研究。 2.稳定性测定：物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等。 3.化学反应的研究：比如固-气反应研究、催化性能测定、反应动力学研究、反应热测定、相变和结晶过程研究。 热分析的应用类型 4.材料质量测定：如纯度测定、物质的玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命测定。 5.材料的力学性质测定：抗冲击性能、粘弹性、弹性模量、损耗指数和剪切模量等的测定。 6.环境监测：研究蒸汽压、沸点、易燃性等。 热重法 （Thermogravimetry TG ) 定义：在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。 m = f(T) 是使用最多、最广泛的热分析技术。 类型： 两种 1.等温（或静态）热重法：恒温 2.非等温（或动态）热重法：程序升温 热重曲线（TG曲线） 由TG实验获得的曲线。记录质量变化对温度的关系曲线。 纵坐标是质量（从上向下表示质量减少） ，横坐标为温度或时间。 微商热重曲线（DTG曲线） 从热重法可派生出微商热重（Derivative Thermogravimetry ）,它是TG曲线对温度（或时间）的一阶导数。 纵坐标为dW/dt 横坐标为温度或时间 DTG曲线 TG特点 定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率，不管引起这种变化的是化学的还是物理的。 基本原理 TG与DTG的测量都要依靠热天平，主要介绍热天平及热重测量的原理。 热天平是实现热重测量技术而制作的仪器，它是在普通分析天平基础上发展起来的，具有一些特殊要求的精密仪器：（1）程序控温系统及加热炉，炉子的热辐射和磁场对热重测量的影响尽可能小；（2）高精度的重量与温度测量及记录系统；（3）能满足在各种气氛和真空中进行测量的要求；（4）能与其它热分析方法联用。 热天平测量原理 德国NETZSCH STA449C型综合热分析仪 DSC的测试原理与仪器组成 1 DSC的定义： 差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry，简称DSC)的定义是在程序控制温度下．测量输给物质与参比物的功率差与温度关系的一种技术。根据所用测量方法的不同．这种技术又可分为功率补偿差示扫描量热法(功率补偿DSC)和热流型差示扫描量热法(热流型DSC)。 这种技术用数学表达式表示为： dH/dt=f（T或t） 曲线也以温度或时间为横坐标，从左到右逐渐增加；以热流率dH/dt为纵坐标（dH/dt是单位时间内试样的热焓变化）。向上表示吸热，向下表示放热。 DSC在高分子方面的应用特别广泛，主要用途有： 玻璃化转变温度Tg 分解温度 混合物和共聚物的组成 结晶温度Tc 结晶度Xc 增塑剂的影响 固化过程的研究 电子显微镜 电子显微镜是一种将电子光学微观分析仪器，这种仪器是将聚焦到很细的电子束打到试样上待测定的一个微小区域，产生不同的信息，加以收集、整理和分析，得出材料的微观形貌、结构和化学成分等有用资料的仪器。 透射电子显微镜（TEM） 电子学系统 ①交