熱分析是科研表征中常見的手段。所謂熱分析，指通過控制樣品溫度的改變，來(lái)分析其相應(yīng)物理化學(xué)性質(zhì)的改變。最為常見的熱分析手段有三種熱重分析（TG）、差熱分析（DTA）和差示掃描量熱法（DSC）。具體分析和講解如下：
1. 如何正確選擇熱分析方法？
三種熱分析方法各有所長(zhǎng)，可以單獨(dú)使用、也可以聯(lián)合使用。具體如何選擇，我們首先從定義出發(fā)，了解這些表征手段。
TG：在程序控溫下，測(cè)量樣品的質(zhì)量（m）隨溫度的變化。如果你需要知道，樣品在升溫或者降溫過程中，樣品質(zhì)量的變化（比如吸附、脫附、分解等），請(qǐng)選擇TG。比如工業(yè)催化劑中常會(huì)有積碳現(xiàn)象，通過TG表征可以確定積碳量。
DTA：在程序控制溫度下，測(cè)量參比物和樣品溫差（△T）隨溫度（T）的變化。DTA與TG的區(qū)別在于測(cè)量值從質(zhì)量變?yōu)闇夭?。之所選擇測(cè)試溫差，是因?yàn)樯郎剡^程中發(fā)生的很多物理化學(xué)變化（比如融化、相變、結(jié)晶等）并不產(chǎn)生質(zhì)量的變化，而是表現(xiàn)為熱量的釋放或吸收，從而導(dǎo)致樣品與參比物之間產(chǎn)生溫差。DTA能夠發(fā)現(xiàn)樣品的熔點(diǎn)、晶型轉(zhuǎn)變溫度、玻璃化溫度等等信息。
DSC: 在程序控制溫度下，測(cè)量給于參比物和給予樣品的能量之差（△Q）隨溫度（T）的變化。在整個(gè)測(cè)試過程中，樣品和參比物溫差控制在極小的范圍內(nèi)。當(dāng)樣品發(fā)生物理或者化學(xué)變化時(shí)，控溫裝置將輸入一定功率能量，以保持溫度平衡?？梢院?jiǎn)單的將DSC看成是DTA的升級(jí)版。DSC也確實(shí)是從DTA發(fā)展而來(lái)。傳統(tǒng)的DTA儀器因?yàn)闃悠烦夭馁|(zhì)的關(guān)系，只能測(cè)溫差，無(wú)法準(zhǔn)備測(cè)量熱和焓的變化。后期通過改變材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，使得從溫差轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坎畛蔀榭赡埽崃餍停Ｗ詈笥殖霈F(xiàn)一種直接測(cè)量輸入熱量差的DSC(功率補(bǔ)償型)。DSC的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、可以定量測(cè)量焓、比熱容等物理量。
2. 數(shù)據(jù)如何分析？
TG：典型的TG圖如下圖1所示：
圖1
其中最重要的信息是失重的溫度點(diǎn)和失重的比例。根據(jù)你所測(cè)試材料的性質(zhì)和這些溫度點(diǎn)、失重比例，可以推測(cè)所發(fā)生的物理化學(xué)變化。比如100 – 150 攝氏度之間常對(duì)應(yīng)物理吸附的水。200 – 350攝氏度范圍的失重常對(duì)應(yīng)有機(jī)物的分解。
DTA：曲線圖如下圖2所示：
圖2
圖中的縱坐標(biāo)為溫差，橫坐標(biāo)為溫度或者時(shí)間。對(duì)于DTA曲線的分析主要有三部分：峰位、峰的形狀和峰的個(gè)數(shù)。峰位用于判斷發(fā)生變化的溫度（比如相變溫度、玻璃化溫度、分解溫度等）、峰的形狀用于判斷吸熱還是放熱，一般規(guī)定向上為放熱、向下為吸熱。每個(gè)峰都對(duì)應(yīng)一種化學(xué)或物理變化。
DSC:?如圖3.
圖3
從形狀來(lái)看，DSC曲線和DTA很相似，但縱坐標(biāo)不同。DSC圖中縱坐標(biāo)熱流量（單位為mW或者mJ/S）。從積分峰面積就能算出焓變。如果參比物比熱容已知還可以算出樣品的比熱容。在實(shí)際應(yīng)用中TG常和DTA或者DSC連用。
3. 測(cè)試中的注意事項(xiàng)
在進(jìn)行熱分析測(cè)試時(shí)，需要注意三個(gè)方面：1.升溫速率，升溫速率不易過快。否則會(huì)導(dǎo)致基線不穩(wěn)，溫度測(cè)試不準(zhǔn)確等問題。一般選擇在10 – 20 攝氏度/min。2.氣氛的選擇：這需要根據(jù)要求選擇。比如需要排除O2的干擾，則可以選擇N2氣氛。還可以選擇還原性氣氛。3. 加蓋與否：a.?對(duì)于物理效應(yīng)(熔融、結(jié)晶、相變等)的測(cè)試或偏重于DSC的測(cè)試，通常選擇加蓋。對(duì)于未知樣品，出于安全性考慮，通常選擇加蓋。b. 對(duì)于氣固反應(yīng)(如氧化誘導(dǎo)期測(cè)試或吸附反應(yīng))，使用敞口坩堝(不加蓋)。c. 對(duì)于有氣體產(chǎn)物生成的反應(yīng)(包括多數(shù)分解反應(yīng) )或偏重于TG的測(cè)試，在不污染損害樣品支架的前提下，根據(jù)反應(yīng)情況與實(shí)際的反應(yīng)器模擬，進(jìn)行加蓋與否的選擇。對(duì)于液相反應(yīng)或在揮發(fā)性溶劑中進(jìn)行的反應(yīng)，若反應(yīng)物或溶劑在反應(yīng)溫度下易于揮發(fā)，則應(yīng)使用壓制的Al坩堝(溫度與壓力較低)或中壓、高壓坩堝(溫度與壓力較 ???高)。對(duì)于需要維持產(chǎn)物氣體分壓的封閉反應(yīng)系統(tǒng)中的反應(yīng)同樣如此。
4. 實(shí)例分析：
圖 4
圖4為WZrOx復(fù)合催化劑的TG和DSC圖。150度之前的質(zhì)量損失（TG圖）為催化劑表面吸附水的脫除。310 – 340 C為有機(jī)大分子的分解，對(duì)應(yīng)DSC圖中的α放熱峰。350度之后，TG線中沒有任何質(zhì)量損失。DSC曲線上的β放熱峰對(duì)應(yīng)ZrO2的結(jié)晶峰。結(jié)合其他表征，作者將γ峰歸結(jié)為催化劑中形成很細(xì)小的W-ZrO2 Cluster。
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永清石墨烯研究院檢測(cè)中心簡(jiǎn)介
檢測(cè)中心圍繞石墨烯和新能源材料相關(guān)實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)分析搭建實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)能力，涵蓋材料微觀形貌、熱學(xué)性能、理化性能、力學(xué)性能和電池電性能等檢測(cè)項(xiàng)目，滿足企業(yè)大部分研發(fā)、中試檢測(cè)需求。檢測(cè)認(rèn)證中心通過CNAS認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證，實(shí)驗(yàn)室面積達(dá)1600m2，配備日立冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、耐馳激光導(dǎo)熱分析儀、梅特勒同步熱分析儀等180多臺(tái)套儀器設(shè)備。檢測(cè)中心秉持“公正、誠(chéng)信、科學(xué)、高效”的原則，竭誠(chéng)為國(guó)內(nèi)外企業(yè)和高?？蒲性核峁└哔|(zhì)量的檢測(cè)服務(wù)。