差示量熱DSC技術(shù)簡介DSC曲線解析課件

2010/4/12差示掃描量熱DSC技術(shù)簡介DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesSeminarI1熱分析

國際熱分析協(xié)會（ICTA)熱分析定義：

在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。2DSCICTA熱分析方法的九類質(zhì)量溫度熱量尺寸力學(xué)聲學(xué)光學(xué)電學(xué)磁學(xué)DifferentialScanningCalorimeter35儀器簡要說明Pyris1DSC是功率補(bǔ)償差示掃描量熱儀。DSC按程序升溫，經(jīng)歷樣品材料的各種轉(zhuǎn)變?nèi)缛刍?、玻璃化轉(zhuǎn)變、固態(tài)轉(zhuǎn)變或結(jié)晶，研究樣品的吸熱和放熱反應(yīng)。儀器應(yīng)用范圍可用于測量包括高分子材料在內(nèi)的固體、液體材料的熔點、沸點、玻璃化轉(zhuǎn)變、比熱、結(jié)晶溫度、結(jié)晶度、純度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)熱。6 儀器性能指標(biāo)

溫度范圍： -170~725C 樣品量： 0.5到30mg 量熱靈敏度： 0.2微瓦 溫度精度： ±0.01C 加熱速率： 0.1~500C/min 量熱精度： ±0.1%7功率補(bǔ)償型(PowerCompensation)在樣品和參比品始終保持相同溫度的條件下，測定為滿足此條件樣品和參比品兩端所需的能量差，并直接作為信號Q（熱量差）輸出。熱流型(HeatFlux)在給予樣品和參比品相同的功率下，測定樣品和參比品兩端的溫差T，然后根據(jù)熱流方程，將T（溫差）換算成Q（熱量差）作為信號的輸出。9FurnaceThermocouplesSampleReferencePlatinumAlloyPRTSensorPlatinumResistanceHeaterHeatSink熱流型DSC功率補(bǔ)償型DSCSample量熱儀內(nèi)部示意圖10熱流型DSC功率補(bǔ)償型DSC工作原理簡圖11功率補(bǔ)償型DSC的優(yōu)點>精確的溫度控制和測量>更快的響應(yīng)時間和冷卻速度>高分辨率SampleReferencePlatinumAlloyPRTSensorPlatinumResistanceHeaterHeatSink13>基線穩(wěn)定>高靈敏度Sample熱流型DSC的優(yōu)點14IdenticalIndiumSampleRunonHeatFluxandPowerCompensationDSC15熱功率補(bǔ)償感應(yīng)器由鉑精密溫度測量電路板、微加熱器和互相貼近的梳型感應(yīng)器構(gòu)成，樣品和參比端左右對稱。精密溫度測量電路板和微加熱器均涂有很薄的絕緣層，以保持樣品皿與感應(yīng)器之間的電絕緣性，并最大程度地降低熱阻。復(fù)合型DSC17復(fù)合型DSC通過外側(cè)的加熱器進(jìn)行程序溫控。熱流從均溫塊底部中央通過熱功率補(bǔ)償感應(yīng)器供給樣品和參比物。熱流差則由微加熱器進(jìn)行快速功率補(bǔ)償并作為DSC信號輸出，同時把檢測的試樣端溫度作為試樣溫度進(jìn)行輸出。這種結(jié)構(gòu)的儀器性能在寬廣的溫度范圍內(nèi)有穩(wěn)定的基線，且兼?zhèn)浜芨叩撵`敏度和分辨率。18特點保留熱流型DSC的均溫塊結(jié)構(gòu)，以保持基線的穩(wěn)定和高靈敏度；配置功率補(bǔ)償式DSC的感應(yīng)器以獲得高分辨率；復(fù)合型DSC19基線的重要性樣品產(chǎn)生的信號及樣品池產(chǎn)生的信號必須加以區(qū)分；樣品池產(chǎn)生的信號依賴于樣品池狀況、溫度等；平直的基線是一切計算的基礎(chǔ)。如何得到理想的基線干凈的樣品池、儀器的穩(wěn)定、池蓋的定位、清洗氣；選擇好溫度區(qū)間，區(qū)間越寬，得到理想基線越困難；進(jìn)行基線最佳化操作。基線21校正的含義 校正溫度與能量的對應(yīng)關(guān)系校正的原理 方法：測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，使測定值等于理論值 手段：能量、溫度區(qū)間、溫度絕對值什么時候需要校正 1.樣品池進(jìn)行過清理或更換 2.進(jìn)行過基線最佳化處理后儀器的校正22實驗中的影響因素23掃描速度的影響25樣品制備的影響樣品幾何形狀：樣品與器皿的緊密接觸樣品皿的封壓：底面平整、樣品不外露合適的樣品量：靈敏度與分辨率的折中26共混物的相容性PE/PPBlendPPPEEndothermic

Range:40

mW20°C/min

HeatingRate:Rate:50Temperature(℃)200HeatFlow29熱歷史效應(yīng)Polyester高分子由于分子鏈相互作用，有形成凝聚纏結(jié)及物理交聯(lián)網(wǎng)的趨向。這種凝聚的密度和強(qiáng)度依賴于溫度，因而和高分子的熱歷史有關(guān)。當(dāng)高分子加熱到Tg以上，局部鏈段的運(yùn)動使分子鏈向低能態(tài)轉(zhuǎn)變，必然形成新的凝聚纏結(jié)，同時釋放能量。因此在冷卻曲線中會出現(xiàn)一個放熱峰。30結(jié)晶度的表征u測量樣品的熔解熱，測試值除以參比值得到高分子的結(jié)晶度信息。u%結(jié)晶度=DHm/DHref31u兩種不同結(jié)晶度的高密度聚乙烯DSC曲線，明顯地看到吸熱峰的不同。熔融點基本一樣，但是峰面積相差很大。結(jié)晶度的表征可以通過DSC有效的表征高分子結(jié)晶度的變化。u32增塑劑的影響EffectofPlasticizeronMeltingofNylon11HeatFlow

100Temperature(℃)220PlasticizedUnplasticized增塑劑會極大的改變高分子的性能，因此有必要研究增塑劑對高分子玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg和熔融溫度Tm的影響。u一般，增塑劑的添加會降低高分子Tg和Tm。u33固化過程的研究uTg、固化起點、固化完成、固化熱u最大固化速率

HeatFlowTgCureOnsetofCureDSCResultsonEpoxyResin0Temperature(℃)300HeatFlow34uuDSCTgAsFunctionofCureTemperatureHeatFlow

LessCuredMoreCured固化過程的研究隨著固化度（交聯(lián)度）的增加，Tg上升交聯(lián)后高分子分子量增加35uuuDecreaseinCureExothermAsResinCureIncreaseTemperatureHeatFlowLessCuredMoreCured固化過程的研究固化度高的環(huán)氧樹脂，固化熱小。環(huán)氧樹脂完全固化時，觀察不到固化熱。DSC是評估