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DSC定義:在程序控制溫度下,測量物質(zhì)與參比物之間的能量差隨溫度變化關(guān)系的一種技術(shù)。
分類:根據(jù)所用測量方法的不同,可以分為功率補償型DSC和熱流型DSC。
功率補償型DSC :
在程序控溫下,使試樣和參比物的溫度相等,測量每單位時間輸給兩者的熱能功率差與溫度的關(guān)系的一種方法,反映了樣品焓的變化。(內(nèi)加熱式)
熱流型DSC:
在程序控溫下,使試樣和參比物的接收熱量相等,測量試樣與參比物溫度的差值變化的一種方法;反映了樣品溫差ΔT的變化。(外加熱式)
由于熱阻的存在,參比與樣品之間的溫度差( △T )與熱流差成一定的比例關(guān)系。將△T 對時間積分,可得到熱焓:
溫度范圍:-170℃/室溫~500℃(DSC),室溫~1500℃(TG-DSC)
制樣方式:塊狀樣品建議切成薄片或碎粒;粉末樣品:可以在坩堝底部平鋪一薄層;堆積方式:一般建議緊密堆積,有利于樣品內(nèi)部的熱傳導(dǎo),對于有大量氣體產(chǎn)物生成的反應(yīng),可適當疏松堆積。
樣品要求:粉末樣需10mg左右(含能材料一般進樣量不超過0.5-1mg);塊體樣品直徑不超過3mm,高不超過2mm,底面平整,與坩堝充分接觸(注意質(zhì)量不超過30mg);液體樣品需1ml左右
注意:測試溫度范圍內(nèi)務(wù)必保證樣品不能揮發(fā)、分解,否則會污染設(shè)備,同時受分解產(chǎn)物的影響,數(shù)據(jù)結(jié)果也不能代表樣品本身相變等熱效應(yīng)(對于揮發(fā)分解的物質(zhì),推薦TG-DSC項目);對于分解的物質(zhì),不適合用DSC測試,如一定要單獨DSC測試,則需使用高壓坩堝,或者用TG-DSC設(shè)備測試,但精度比單獨DSC設(shè)備低一些;高壓坩堝僅耐壓5MPa,不能設(shè)定壓力。如果樣品的揮發(fā)、分解情況未知,建議先通過TG判斷是否有失重(DSC測試的上限溫度不能超過TG的起始失重溫度)。TG-DSC靈敏度比單DSC低,如果溫度在DSC范圍內(nèi),且樣品不揮發(fā),推薦單DSC測試。
需提供:樣品熔點,沸點,分解溫度,樣品主要化學(xué)成分,是否為含能材料。需特別注意標明所含金屬元素、鹵素等;不接受酸堿性較強對設(shè)備有損害及在測試過程中有腐蝕性或毒性揮發(fā)物的樣品測試。
氣氛:動態(tài)一般為氮氣、氦氣或氬氣吹掃,或為空氣、氧氣、二氧化碳等,靜態(tài)或真空氣氛時,須保證反應(yīng)過程中釋放的氣體無污染性和危害性和對儀器無損傷。
費用:主要和升溫速率有關(guān),按時收費。
實際應(yīng)用:
1)比熱測定
2)熱力學(xué)參數(shù)、熱焓和熵的測定
3)玻璃化轉(zhuǎn)變的測定與物理老化速率測定
4)結(jié)晶度、結(jié)晶熱、等溫和非等溫結(jié)晶速率的測定
5)熔融,熔融熱-結(jié)晶穩(wěn)定性研究
6)熱、氧分解動力學(xué)研究
7)聚合動力學(xué)研究
8)吸附和解吸-水合物結(jié)構(gòu)等的研究
9)反應(yīng)動力學(xué)研究
坩堝選擇:
1)氧化鋁坩堝:可以測試到1600℃,清洗后可以重復(fù)使用。樣品適應(yīng)面廣,但靈敏度、峰分離能力、基線漂移等較鉑金坩堝差。不適用于測定比熱。
2)鉑金坩堝:主要使用在測試溫度超過600℃的情況下。通常用于TGA測試或者同步DSC測試,鉑金坩堝可以測試到1600℃,需要注意的是金屬樣品可能與鉑金坩堝形成共熔合金,可能會熔穿坩堝。傳熱性好,靈敏度高,峰分離能力、基線性能佳。
3)鋁坩堝:鋁坩堝在TGA和DSC實驗中使用只能進行低溫實驗,溫度不能超過600℃,可用于比熱測試。傳熱性好,靈敏度、峰分離能力,基線性能均佳。
4)中壓與高壓坩堝:適用于揮發(fā)性液體樣品,液相反應(yīng),需要維持氣體分壓的封閉體系反應(yīng),中壓坩堝使用壓力為2MPa,高壓坩堝為10MPa。溫度較低、揮發(fā)物壓力不太大時,可用密閉壓制的鋁坩堝代替。
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