差热和热重分析ppt课件

现代测试技术，差热重分析，1，第一节的概要，2，1，热分析的定义，程序温和的气氛下测试样品的物理性质和温度及时间关系的技术，3，2，根据热分析方法的分类，测试的物理性质，热分析方法现在主要有9种17种，4，国际热分析协会确认的热分析技术的分类，5，说明，废气分析法是热分析差示热分析和差示扫描量热计是热分析中一般使用的两个方法。 前者控制温度变化时，研究相同温度下的试料与参照物的温度差的对之间或者温度关系的方法的结果，将得到以温度差为纵轴、时间或温度为横轴的差示热分析曲线的试料与参照物的温度差保持为零所需的供给热量为纵轴、一定的加热速度的时间或温度为横轴的记录方法设为差示扫描热量法。 在温度受控变化过程中，研究物质尺寸变化的方法叫热膨胀法。 热机械分析是研究物质在外力作用下应变与温度的关系的方法。 6、3、热分析技术的特点之一是温度变化受程序控制；二是温度变化引起的材料物性变化的简便测量方法，通常与复杂的分光器和其他手段无关。 除了上述国际热分析协会确认的热分析方法外，还有研究材料性质随温度变化速度的关系的方法，以及同时研究两种以上性质随温度变化的关系的方法。 7、课程重点介绍，在目前的热分析中，热分析和热重量分析的工作量约占热分析行业的75%。 因此，我们重点介绍了差热分析和热重分析。 8、第二节差热分析、9、一、原理、差热分析的基本原理是将被测物质和参照物质放置在同一条件的测温热电偶中，在程序温度控制下，测定物质和参照物质的温度差和温度变化的技术。 10、2、参考物在程序升温或降温下，参考物无吸热或散热效果，当然在一定的温度范围内。 如-Al2O3，在0-1700范围内没有吸热或散热效果. 11、3、差示热分析装置的结构、温度控制系统：使炉温以一定的速度均匀上升，保证升温线的直线性。 加热炉：加热试料和参照物。 放大系统：直流放大器放大差热电偶产生的微弱温差电动势。 记录系统：同步记录温度曲线和差热曲线。12、13、14、15、4、差示热曲线的几何要素、基线(GA ) :偏离零线(T=0)、接近与零线平行的线。 开始温度(Ti ) :曲线开始偏离基线时的温度，热效果开始。 最大值(TM ) :峰值或谷值偏离基线最大点的温度。 图11-5差热曲线的特征热效应的宽度EF (峰或谷的高度):从反应时的基线起的最大值，即e点的温度差t。 由16、17、5、差示热式导出，试料与参考物中的温度分布均匀，试料与试料容器的温度也相等试料与参考物(包括容器、温度差电偶等)的热容量(Cs、Ct )不随温度变化。 试料和参照物与金属块之间的热传导和温度差成正比，比例常数k (热传导系数)与温度无关。 tw为金属块温度，即炉温，程序升温速度。 在t=0的情况下，Ts=Tt=Tw。 差示热分析中，炉温Tw开始以一定的升温速度升温，但是因为有热阻，试料温度Ts和参照物的温度Tt在升温时稍微延迟，经过一定的时间后，开始以程序升温速度升温。18、a、19、1.0-a之间是差示热曲线的基线形成过程，式中，k :热传递系数、t :加热时间、:程序升温速度、其基线的位置(t )为20，根据该方程式可得出以下结论： 1、a )程序升温速度的值恒定，可得到稳定的基线试料和参照物的热容量Cs、Ct越近，(t )越小，因此试料和参照物应该选择化学上类似的物质c )程序升温速度的值越小，(T)a也越小。 21、b、22、2 .试样发挥吸热效果，形成差示热曲线的基线后，试样发挥吸热效果的情况下，试样得到的热量(主要研究试样熔融的情况)，式中h :试样全熔融的总吸收量。 从参考物得到的热量为：从试料得到的热量式减去从参考物得到的热量式(3)-(4) )，简化后得到以下的式子：23，得出以下的结论2 :a )试料发挥吸热效果，因此温度上升时t变大，因此t对时间的曲线出现峰值。 b )若顶点(b点)处的dT/dt=0，则根据(5)式可知，k值越小峰值越高，因此通过降低k值可以提高差示热分析的灵敏度。24、在反应终点c，在反应终点c，dH/dt=0，式(5)右边第一项消失，决定、25、c、26、3 .反应终点c。 这是因为，直线从峰值高温侧的底部反复取点时，可以找到开始偏离直线的点，即反应终点c。 (5)对从熔点(a点)到终点(c点)进行积分，得到熔融热h，a是示差热曲线与基线之间的面积，27根据(5)式，3 :a )反应热效应h与示差热曲线的峰面积a成比例，该式被称为Speil式。 b )传热系数k的值越小，在相同的反应热效应h下，峰面积a越高，灵敏度越高。 在该式中，程序的升温率，即与升温率无关，a的值总是一定的。 t和越大，峰值形状越窄越高。 28、6、样品在加热(冷却)过程中的热效应，热活性物质在加热(冷却)过程中发生物理化学变化，伴有吸热现象。 热惰性物质：无上述变化。 吸热反应：脱水、化(分)分解、熔融、蒸发(升华)发热反应：化合、氧化、相变、再结晶吸收(释放)热反应：同质多象转变，29，1 .脱水，矿物中的水以不同的形式存在。 可分为吸附水、层间水、沸石水、结晶水、结构水等。 前4种水以水分子“H2O”的形式存在，由于结构水以“(OH)-1”的形式参与矿物结构，结构水的逸出温度相对较高，通常在5001000之间。 结晶水(包括层间水和沸石水)脱离温度为100500. 吸附水在50100左右可完全脱出。 不同矿物的水结合强度不同，即使是同一种矿物，水结合强度也可以不同，以上所示的脱水温度都会发生变化。 水的丧失在差示热曲线上表现为吸热反应。 30，2 .随着化合和分解、化合和分解，大量的热释放或被吸收。 化合过程像新相的形成一样，出现发热效果。 这是因为，为了使合成结晶状态变化，必须放出能量，使其自身的能量最小，最稳定。 相反，从结晶状态变为非晶态时，结构被破坏，物质被分解，必须吸收周围的能量才能实现。 因此，在示差热曲线中，化合作用是发热效果，分解作用是吸热效果。 31，3 .同质多象转变、同质多象转变可分为可逆和不可逆两种，在差热曲线上，可逆转变，特别是配位数不变的可逆转变，如-SiO2-SiO2，加热时的热效应为锐小吸热效应，冷却时的热效应为锐散热效应。 但是，一些同质多象转变在加热过程中显示出发热效果。32，4 .相变和再结晶在物质从非晶质变为结晶状态时，或物质再结晶时，放出热，在热分析曲线上显示出发热效果。 33、5 .熔化后，任何物质加热到一定温度后都会熔化，熔化后必须吸收外部的能量，因此差示热曲线表现出吸热效果。 对晶体来说，熔化温度是熔点。 含有氧化和还原、价数变化元素的物质相在加热时发生价数上升或下降的氧化还原反应，在差示热曲线上分别显示出发热或吸热效果。 35，7 .蒸发和升华，物质蒸发和升华从周围环境中吸收大量能量，因此差示热曲线表现出吸热效果。 36、7、影响差热曲线特征的因素，大多数热分析实验不是在平衡状态，而是在等速升(降)温度的动态条件下进行，炉的介质空间-实验容器-试样之间形成温度梯度，通常测温元件不与试样直接接触。 因此，对于相同的转移(或)反应，热分析的测定结果根据实验条件(例如升温速度、试样的使用量和粒度、试样容器的材质和形状、试样的铅垂等)而不同。 37，1 .升温速度、升温速度对热分析实验结果有显着影响，总的来说，提高升温速度通常是提高反应的开始温度、峰值温度和结束温度。 快速升温的话，反应还没有进行，进入更高的温度，反应会延迟。 快速升温不仅是使DTA曲线的峰值温度上升，还是使反应向高温区域推进，使峰值宽度变窄，变成尖锐的高度。 对于多阶段反应，缓慢升温有利于阶段反应的相互分离，使DTA曲线成为分离的多重峰。 DTA曲线的峰面积随着升温速度的降低有些减少的倾向，但一般没有多大差别。 升温速度也影响试料内部各部位的温度分布。 38、39、40、41、2 .气氛、热分析实验总是需要改变气氛，分析热分析曲线热效应的物理化学归属。 在空气中测量的热分析曲线呈现发热峰，在惰性气体中测量的话，根据反应的不同，有时发热峰的大小不会像结晶和硬化反应那样变化，这是吸热效果，没有分解燃烧反应的峰，或者显示非常小的发热峰的话，是像金属氧化一样的反应。 由此，可以观测有机聚合物等的热分解和热氧化分解的差异。42、43、44、45、3、压力、46、47、48、8、差热分析的主要用途是差热分析在热分析中得到迅速使用和广泛研究的一种方法，其主要应用可以总结为以下几个方面：研究结晶转变、二次转变； 用于追踪熔融、蒸发等相变过程的分解、氧化还原、固相反应等研究。 49，1 .差示热分析在鉴定矿物中的应用，水的吸附。 吸附水以物理吸附在物质表面、粒子周围或间隙的H2O分子表现。 加热中吸附水消失的温度约为110。 层状结构的每个小层都具有2层胶体的性质，其表面吸附水分。 在矿物结构中，结构层和吸附水层交替排列，水分子的含有率和层间距离不确定。 吸水时，格子膨胀脱水时格子收缩，但格子结构不会破坏，加热后的温度不太高就可以脱水。 例如黄石、蒙脱石矿物。 结晶水。 矿物中的结晶水是水合作用的结果，水分子在矿物晶格中占据一定的位置，具有一定的比例。 含有结晶水的矿物被称为结晶水化合物，水以化学式表现为H2O分子整体。 结晶水合物中，结晶水的结合强度极不相同。 大多数情况下，结晶水在300下释放。 而且水的逃逸具有阶段性特征，逐渐转化为无水化合物。 开始脱水的温度不高，随着温度的升高结晶水消失，引起晶格破坏和结合。 明矾之类的分解过程结构水。 结构水又称化合水，是矿物中最坚固的结合水。水以h、OH-或离子H3O-的形式存在于矿物的晶格结构中。 其含量一定，高温晶格破坏后不能逃脱。 高温时，结构水脱落，矿物晶格破坏，矿物粉碎。 例如滑石Mg3Si4O10(OH)2在930左右失去结构水蛇纹石mg6si4o10(oh)8、670左右失去结构水高岭石al4si4o10(oh)8、560左右失去结构水. 50，2 .差示热分析在陶瓷领域的应用，(1)陶瓷原料的分析：陶瓷工业中使用的原料种类很多。 陶瓷材料采用DTA法鉴定粘土、石英、长石等主要原料，特别是有效鉴定了x射线难以鉴定的非晶质物质和红外吸收光谱难以鉴定的物质。 (2)陶瓷制品分析：一般将陶瓷器、瓷砖、玻璃、水泥、耐火材料、研磨剂、碳制品、非金属发热体、颜料、金属陶瓷、铁素体、半导体、热压处理轻质混泥等材料统称为陶瓷制品。 用DTA法可以分析陶瓷产品。 (3)石英相变分析：石英在加热过程中具有晶型相变特征，从石英相变规律来看，石英相变分为两种类型，一种是不可逆相变：-石英-鳞石英-方石英； 另一个是可逆的。 前者转移速度慢，差示热分析法未见转移现象，后者反应速度快，差示热曲线清晰可见转移现象。 随着科学技术的发展，人工合成方法生产出各种特殊性能的矿物和材料，越来越引起人们的重视。 研究矿物的形成过程，不仅有助于探讨合成机理，还可以为人工矿物和材料提供极其重要的数据。 用差示热分析法研究了矿物合成和加热过程中的温度变化特性，取得了许多成果。 例如非晶膜的研究。 非晶膜即玻璃半导体的研究源于对蓄热机理的理解。 玻璃半导体被加热后，温度一定，玻璃种类的一部分产生分相晶体，被冷却后，保持结晶化状态，即表现出贮藏效果。 近年来，将这种材料用于光记忆的研究已经开始。 硒化镉、碲化镉着色剂的研究。 为了解硒、镉、碲的反应过程，制定合理的工艺制度，采用差示热分析和x射线相分析法研究它们之间的化学反应，简化工艺，节约原材料，节约能源，环保。 钛酸钡合成的研究。 应用差示热分析法理解其反应过程，分析其反应机理，制定新的化学制备合成粉的方法。 52、第三节热重分析、53、一、定义、程序温度下测定物质与温度关系的技术(包括恒温下测定物质质量与时间的关系)。 54、2、热重分析方法的分类等热重法-在恒温下测定物质质量变化与时间的关系的非等温热重法-在程序升温下测定物质质量变化与温度的关系。55、3、测试原理、热重法所使用的仪器为热重分析仪或热天平，其基本结构由精密天平和线性程序温炉构成，热天平是根据天平梁的倾斜度和重量变化的关系测定的，通常测定重量变化的方法有位移法和零点法两种。 1、变位法主要利用与质量变化和天平梁的倾斜度成比例的关系，当天的电平为零时，检测器输出的电信号为零，样本变化时天平梁发生变位，此时检测器输出相应的电信号，该信号被放大后输入记录仪，从而能够进行记录。 2、零法是根据重量变化使天平梁倾斜，根据电磁作用使天平回到原来的平衡位置，施加的力与重量变化成正比。样品质量变化时，天平梁倾斜，此时从位移检测器输出的信号通过调节器向磁补偿器的线圈输入电流，产生与质量变化成正比的力，使天平梁返回零。 可将输入线圈的电流转换为电压信号输入记录仪进行记录。56、4、热重分析装置的构成、程序升温系统的测定系统是系统的气氛控制系统的构成、57、58、4、测定系统将测定的物理量转换成电信号，进行记录处理。 典型的张丝式扭转微量电子天平重量转换电路。 当向光束的左侧的秤盘施加质量m的样本时，光束逆时针转动铝制遮光小旗FL，来自发光管5GL的红外线照射光电晶体管，3DU33的光强度增加，其内部电阻减小，