材料現(xiàn)代研究方法：差示掃描量熱法

1、12.差示掃描量熱法Differential Scanning Calorimetry(DSC)DSC：在程控溫度下，測(cè)定輸入到物質(zhì)和參比物之間的功率差與溫度的關(guān)系。Super-DSC Super-DSC 樣品池 12.差示掃描量熱法12.1 DSC的基本原理12.1.1 DSC的測(cè)試原理1.熱流型DSC：定量DTA采用差熱分析的原理來進(jìn)行量熱分析。通過測(cè)量加熱過程中試樣熱流量達(dá)到DSC分析的目的，試樣和參比物仍存在溫度差。 12.1.1DSC的測(cè)試原理2.功率補(bǔ)償型DSC的原理：熱動(dòng)態(tài)零位平衡原理在程序控溫過程中，始終保持試樣和參比物溫度相同；保持R側(cè)以給定的程序控溫，通過變化S側(cè)的加熱量來

2、達(dá)到補(bǔ)償?shù)淖饔?。記錄熱流率?）對(duì)T的關(guān)系曲線，得到DSC曲線。其它兩種補(bǔ)償方式內(nèi)加熱式：電阻絲（爐絲）；使用周源信號(hào)源；基線12.1.2功率補(bǔ)償型DSC曲線方程曲線方程： ，輸給S和R的功率差值。代表DSC基線的漂移，與熱阻R無關(guān)。與定量DTA的第三項(xiàng)相似；不同的是R可視作與溫度無關(guān)。單點(diǎn)校正（純金屬銦）12.1.3 DTA和DSC比較相似之處：兩種方法所測(cè)轉(zhuǎn)變和熱效應(yīng)類似；曲線形狀（需注明方向）和定量校正方法相似；主要差別：原理和曲線方程不同DSC（測(cè)定熱流率dH/dt；定量；分辨率好、靈敏度高；有機(jī)、高分子及生物化學(xué)等領(lǐng)域）DTA（測(cè)定T；無內(nèi)加熱問題，1500以上，可到2400；定性；

3、無機(jī)材料 ）12.2 溫度和能量校正12.2.1 溫度的校正（橫坐標(biāo)）一般采用99.999的高純金屬銦（熔點(diǎn)為156.63，熔融熱H=28.59J/g）進(jìn)行溫度的校正。必須選用測(cè)定時(shí)所用的控溫速率進(jìn)行校正。精密溫度測(cè)定時(shí)，可選用其它純物質(zhì)校正，以接近測(cè)量范圍。12.2 溫度和能量校正12.2.2 能量的校正（縱坐標(biāo)）利用測(cè)定已知物質(zhì)的比熱容來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：藍(lán)寶石校正常數(shù)（儀器常數(shù)、比例系數(shù)）峰面積與熱量成正比；K值應(yīng)在與測(cè)定樣品相同的條件下測(cè)定。12.3 應(yīng)用適合于研究伴隨焓變或比熱容變化的現(xiàn)象。12.3.1 熔點(diǎn)的測(cè)定固到液相轉(zhuǎn)變溫度ICTAC規(guī)定外推起始溫度為熔點(diǎn)外推起始溫度（Teo）：峰

4、前沿最大斜率處的切線與前沿基線延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處溫度。12.3.2 比熱容的測(cè)定可用基線偏移測(cè)定試樣的比熱容，大部分用DSC測(cè)定。直接法（能量校正）不是絕對(duì)線性的，此法誤差較大。12.3.2 比熱容的測(cè)定間接法（比例法）:用試樣和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（sapphire或-Al2O3)在其它條件相同下進(jìn)行掃描，然后量出二者的縱坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。在某一溫度下：TttdH/dtyy標(biāo)準(zhǔn)物試樣12.3.2 比熱容的測(cè)定間接法不受的影響，有利于定量計(jì)算?？捎?jì)算熱力學(xué)參數(shù)：焓：熵：12.3 應(yīng)用12.3.3 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定DSC/DTA曲線表現(xiàn)為基線向吸熱方向偏移，出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階。Tg：玻璃態(tài) 高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變；松弛現(xiàn)象（鏈

5、段運(yùn)動(dòng)“凍結(jié)”“解凍”）；鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛時(shí)間與觀察時(shí)間相等時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度， 。二級(jí)相變（主轉(zhuǎn)變）。玻璃化轉(zhuǎn)變發(fā)生在一個(gè)溫度范圍內(nèi)；在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，高聚物的一切性質(zhì)都發(fā)生急劇的變化，如：比熱容、熱膨脹系數(shù)、粘度、折光率、自由體積和彈性模量等發(fā)生突變。12.3.3 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定ICTAC建議Tg的取法:在兩基線延長(zhǎng)線間一半處的點(diǎn)做切線與前基線延長(zhǎng)線的交點(diǎn)為Tg。Tg隨測(cè)定方法和條件而變；（Cp、靈敏度）吸12.3.4 純度的測(cè)定純度越高，熔點(diǎn)越高，熔融峰越尖陡苯甲酸： 標(biāo)準(zhǔn)品97.2 98.612.3.4 純度的測(cè)定熔點(diǎn)下降法（凝固點(diǎn)下降）范德赫夫（Vant Hoff)方程：其中：R氣體常數(shù)

6、； T0純物質(zhì)熔點(diǎn)； X2雜質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)；H純物質(zhì)的摩爾熔融熱焓； Tm被測(cè)試樣的熔點(diǎn)12.3.4 純度的測(cè)定一般用作圖法求Tm；定義f為試樣在溫度為Ts時(shí)已熔化的分?jǐn)?shù)：或Ts1/f作圖，斜率（T0-Tf)即熔點(diǎn)下降值，將之代入Vant Hoff方程，可求得X2。12.3.5結(jié)晶度()的測(cè)定密度梯度法、X射線衍射熔融峰曲線峰面積直接換算成熱量（Hf）； 其中: Hf試樣的熔融熱； Hf 100結(jié)晶時(shí)的熔融熱Hf由DSC/DTA測(cè)定，Hf的求法：100結(jié)晶試樣，用DSC(DTA)測(cè)Hf；已知結(jié)晶度（10，20，30等），用DSC(DTA)測(cè)Hf，作 Hf關(guān)系圖，外推得到100時(shí)的Hf；用模擬物代替

7、；(C32H66100結(jié)晶的PE）12.3.6固化度()的測(cè)定固化度是熱固性聚合物材料的一個(gè)很重要的參數(shù)。一般固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以可用DSC測(cè)出。 其中H0完全未固化體系進(jìn)行完全 固化時(shí)放出的總熱量 HR固化后剩余反應(yīng)熱t(yī)時(shí)刻的固化度： 其中Ht進(jìn)行到t時(shí)刻時(shí)的反應(yīng)熱通過數(shù)據(jù)處理方法，可計(jì)算固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)：反應(yīng)活化能E、反應(yīng)級(jí)數(shù)n和反應(yīng)速率常數(shù)k。12.3.7 工藝溫度的測(cè)定熱固性材料的固化工藝溫度的確定采用T圖外推法求固化工藝溫度近似值 Ti, Tp, Tf；外推0，得到近似的凝膠溫度Tgl(Tio）、固化溫度Tcure（Tpo）和后處理溫度Ttreat（Tfo).熱塑性材料的注射成型溫度（加工溫度）的確定非晶態(tài)塑料： 其中：Td分解溫度晶態(tài)塑料： Tm熔融溫度12.3.8 共混聚合物鑒定依據(jù)共混物DTA曲線上的特征峰