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1、1,2004/4/12 导 师：邓麦村 博士生：叶 震,差示扫描量热DSC技术简介,Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences,Seminar I,2,热分析 国际热分析协会（ICTA)热分析定义： 在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。,3,DSC,ICTA 热分析方法的九类,热量,Differential Scanning Calorimeter,4,基本原理 基线与仪器校正 实验的影响因素 应用实例,PerKin Elmer Pyris 1 DSC,5,6,仪器简要说明 Pyris
2、 1 DSC是功率补偿差示扫描量热仪。DSC按程序升温，经历样品材料的各种转变如熔化、玻璃化转变、固态转变或结晶，研究样品的吸热和放热反应。 仪器应用范围 可用于测量包括高分子材料在内的固体、液体材料的熔点、沸点、玻璃化转变、比热、结晶温度、结晶度、纯度、反应温度、反应热。,7,仪器性能指标 温度范围：-170725C 样品量：0.5到30mg 量热灵敏度：0.2微瓦 温度精度：0.01C 加热速率：0.1500C/min 量热精度：0.1%,8,DSC的基本原理,9,功率补偿型(Power Compensation) 在样品和参比品始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比品两端所
3、需的能量差，并直接作为信号Q（热量差）输出。 热流型(Heat Flux) 在给予样品和参比品相同的功率下，测定样品和参比品两端的温差T，然后根据热流方程，将T（温差）换算成Q（热量差）作为信号的输出。,10,量热仪内部示意图,11,热流型 DSC,功率补偿型 DSC,工作原理简图,12,dQ/dt = dQ/dT dT/dt Q ：热量 t ：时间 T ：温度 dQ/dt： 纵坐标信号，mW； dT/dt ：程序温度变化速率，C/min; 纵坐标信号的大小与升温速度成正比,13,精确的温度控制和测量,更快的响应时间和冷却速度,高分辨率,14,基线稳定,高灵敏度,Sample,15,16,Mu
4、ltiple Scans of Indium, Showing Precision,17,热功率补偿感应器由铂精密温度测量电路板、微加热器和互相贴近的梳型感应器构成，样品和参比端左右对称。精密温度测量电路板和微加热器均涂有很薄的绝缘层，以保持样品皿与感应器之间的电绝缘性，并最大程度地降低热阻。,复合型DSC,18,复合型DSC,通过外侧的加热器进行程序温控。热流从均温块底部中央通过热功率补偿感应器供给样品和参比物。热流差则由微加热器进行快速功率补偿并作为DSC信号输出，同时把检测的试样端温度作为试样温度进行输出。这种结构的仪器性能在宽广的温度范围内有稳定的基线，且兼备很高的灵敏度和分辨率。,1
5、9,特 点 保留热流型DSC的均温块结构，以保持基线的稳定和高灵敏度； 配置功率补偿式DSC的感应器以获得高分辨率；,复合型DSC,20,基线与仪器的校正,21,基线的重要性 样品产生的信号及样品池产生的信号必须加以区分； 样品池产生的信号依赖于样品池状况、温度等； 平直的基线是一切计算的基础。 如何得到理想的基线 干净的样品池、仪器的稳定、池盖的定位、清洗气； 选择好温度区间，区间越宽，得到理想基线越困难； 进行基线最佳化操作。,基 线,22,校正的含义 校正温度与能量的对应关系 校正的原理 方法：测定标准物质，使测定值等于理论值 手段：能量、温度区间、温度绝对值 什么时候需要校正 1. 样
6、品池进行过清理或更换 2. 进行过基线最佳化处理后,仪器的校正,23,实验中的影响因素,24,扫描速度的影响 灵敏度随扫描速度提高而增加 分辨率随扫描速度提高而降低 技巧： 增加样品量得到所要求的灵敏度 低扫描速度得到所要求的分辨率,25,扫描速度的影响,26,样品制备的影响 样品几何形状： 样品与器皿的紧密接触 样品皿的封压： 底面平整、样品不外露 合适的样品量： 灵敏度与分辨率的折中,27,1. 用力过大，造成样品池不可挽救的损坏； 2. 操作温度过高（铝样品皿，温度600）； 3. 样品池底部电接头短路和开路； 4. 样品未被封住，引起样品池污染。,仪器损坏的主要来源,28,DSC应用举
7、例,共混物的相容性 热历史效应 结晶度的表征 增塑剂的影响 固化过程的研究,29,30,Polyester,高分子由于分子链相互作用，有形成凝聚缠结及物理交联网的趋向。这种凝聚的密度和强度依赖于温度，因而和高分子的热历史有关。 当高分子加热到Tg以上，局部链段的运动使分子链向低能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时释放能量。因此在冷却曲线中会出现一个放热峰。,31,u,测量样品的熔解热，测试值除以参比值得到高分子的结晶度信息。,u,%,结晶度,=,D,H,m,/,D,H,ref,32,u,两种不同结晶度的高密度聚乙烯DSC曲线，明显地看到吸热峰的不同。熔融点基本一样，但是峰面积相差很大。,可以通
8、过DSC有效的表征高分子结晶度的变化。,u,33,增塑剂会极大的改变高分子的性能，因此有必要研究增塑剂对高分子玻璃态转化温度Tg和熔融温度Tm的影响。,u,一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。,u,34,u,Tg 、固化起点、 固化完成、 固化热,u,最大固化速率,35,u,u,随着固化度（交联度）的增加，Tg上升,交联后高分子分子量增加,36,u,u,u,固化度高的环氧树脂，固化热小。,环氧树脂完全固化时，观察不到固化热。,DSC是评估固化度的有力工具。,37,高分子鉴别 热处理效应 晶区结构变化 物理老化过程,38,解析DSC曲线涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转变峰的性质，可利用DSC以外的其他热分析手段，如DSC-TG联用。同时，还可以与DSC-GC，DSCIR等技术联用。,39,谢 谢！,
