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热分析实验
姓名：贾晗 专业： 凝聚态物理 学号：200722020010
一 实验目的
随着材料科学的发展，热分析技术已经成为系统性的分析方法。它不仅能获得结构方面的信息，而且还能测定性能。特别是在高聚物的分析测定方面应用更为广泛，，对于材料的研究，是一种及为有用的工具。
热分析实验主要实验目的是：1．了解热重法(TG)；2．差热分析(DTA)3．示差扫描量热分析法 (DSC)三种常用热分析方法的基本原理及仪器的基本结构 二 实验原理：
物质发生物理变化和化学变化过程中，往往伴随着热效应。放热和吸热现象反映了物质热焓发生了变化，记录试样温度随时间变化的曲线，可直观地反映出试样是否发生了物理或化学变化，这就是经典的热分析法。
热分析法都是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。方式：加热、冷却、等温或循环。
热分析仪的组成部分：1）测量部分是测量物质的物理性质 并把测定的量转换成电信号（不同的物理量采用不同的转换器）它是热分析的核心部分；2）程序控温部分由炉子和温度控制两部分组成，通常炉子的温度是通过PID调节器调节可控硅触发器进行温度控制，控温方式有：升温、降温、等温和循环等；3）显示部分是把测量到的电信号通过放大器进行放大并用记录仪或计算机记录和显示出来；4）气氛控制部分是由气氛控制、真空和加压三部分组成，所用的反应气氛或保护气氛一般为氮气、氩气、氧气等；5）操作控制和数据处理部分主要是通过与热分析仪在线联用的计算机来进行。 常用的三种热分析法：
1） 重法（TG）或微商热重分析法（DTG）
热重法是在程序控制温度下测量物质的质量与温度关系的一种技术。物质在加热的过程中常伴随着质量变化，如物质的溶化、蒸发、升华和吸附等物理现象及物质的脱水、解离、氧化、还原等化学现象。记录的热重曲线( TG曲线)，它表示的过程是失重的累积量，属积分型。纵坐标表示质量（mg），向下表示质量减少，向上表示质量增加。横坐标表示 温度（T）或时间（t）。
微商热重法是将得到的热重曲线对时间或温度作一阶微商，得到的曲线为微商热重曲线
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简称DTG曲线。
这些研究是在静止的或流动着的活性或惰性气体环境中进行的。热重法所用仪器称为热重分析仪俗称热天平。测量热重的方法有：1）变位法；2）零位法。由热重曲线可得到试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等有关数据。若在磁场中测量TG , 可测定居里温度。
影响热重曲线的因素：1）样品盘的影响；2）挥发物冷凝的影响；3）升温速率的影响；4）气氛的影响；5）试样颗粒的影响。 2） 差热分析（DTA）
差热分析基本原理：在程序控制温度下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。当试样在加热中发生物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使试样温度高于或低于参比物的温度，而使差热曲线上得到放热或吸热峰。主要测量功能：玻璃化转变，结晶，熔融，相变温度、相变潜热，氧化和分解过程等。参比物应选择惰性材料，即在测定的条件下不产生任何热效应的材料，如：A12O3、硅油等。当温度上升到某一温度时，试样发生热效应转变，如：相转变、溶化、晶体结构发生变化、氧化或分解等，试样温度与参比物温度不再相等，差示热电偶有电信号输出，这时记录温差的曲线偏离基线。DT随温度(或时间)变化的曲线称为差热曲线(DTA曲线)。
影响DTA曲线的因素：1）升温速率，一般升温速率越大，峰温越高、峰形越大和越尖锐；2）炉内气氛；3）样品支持器；4）热电偶位置；5）热电偶接点。
在DTA曲线上:1）由峰的位置可确定热效应转变的温度;2）由峰的面积可确定热效应的大小;3）由峰的形状可了解有关过程动力学的特性。 3） 示差扫描量热分析法（DSC）
示差扫描量热分析基本原理：示差扫描量热法是在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度（或时间）之间关系的一种技术。试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两条控制电路进行监控。其中一条控制温度，使试样和参比物在预定的速率下升温或降温；另一条用于补偿试样和参比物之间所产生的温差，通过功率补偿电路使试样与参比物的温度保持相同。即使?T=0。试样吸热时，补偿器便供热给试样，使试样与参比物的温度相等（?T=0）。试样放热时，补偿器便供热给参比物，使试样与参比物的温度相等（?T=0）。所补偿的能量就是试样吸收或放出的能量。试样和参比物分别由单独控制的电热丝加热，根据试样中的热效应，可连续调节这些电热丝的输入功率，使试样和参比物的温度相等。主要测量功能：熔点，比热容，璃化转变温度，纯度、结晶度、固化度，
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物质组成，工艺温度预测等
影响DSC曲线的主要因素：1）取样方面的影响，试样的尺寸、形状大小以及数量选择要合适；2）试样纯度的影响应选择杂质含量少的试样，其它的影响因素与DTA相同。 三 实验内容:
1、用五水硫酸铜试样作TG以及DTA曲线。在TG曲线上作出试样的失重百分率；在DTA曲线上作出热效应转变温度的起始点、终止点、峰值温度。 2、SiO2粉末作DSC曲线。在DSC曲线上算出吸热峰的热量。
四．实验结果分析和讨论。
1．TD和DTA(图7)
峰的综合分析: 面积:-251.3 μVs/mg峰值:124.3 ℃起始点:104.6 ℃终止点:145.8 ℃TG /%DTA /(uV/mg) 放热方向? 1000.5峰的综合分析: 面积:-78.11 μVs/mg峰值:248.8 ℃起始点:221.0 ℃终止点:280.0 ℃9080质量变化: -28.86 %峰的综合分析: 面积:-9.07 μVs/mg峰值:714.9 ℃起始点:691.6 ℃终止点:724.7 ℃质量变化: -7.25 0-0.560质量变化: -9.05 P质量变化: -12.99 %-1.040峰的综合分析: 面积:-9.449 μVs/mg峰值:765.9 ℃起始点:749.7 ℃终止点:777.6 ℃ 100NETZSCH STA 449CCuSO-06-12-11.dsuSTA12006-12-11 8:57:22Wuhan Universitywdh[1]-1.5200300样品参比材料校正文件:温度/灵敏度校正文件范围样品支架/热电偶400温度 /℃500600测量 模式/类型段坩埚气氛TG 校正/测量 范围DSC 校正/测量 范围备注700800DTA-TG / 样品 + 校正1/1DTA/TG crucible Al2O3---/--- / N2/20020/5000 mg020/5000 μVww 23-12-2007 15:43仪器文件项目标识日期/时间实验室操作者CuSO-06-12-11, 8.087 mgJX20ml-20-15-850-N2.bsuSTA温度校正.tsu / Senszero.exx16.0/15.00(K/min)/850.0DTA(/TG) HIGH RG 4 / S
图7 TD和DTA的实验数据
实验用CuSO4.5H2O为样品，随着温度的增加，样品质量也会减少，质量减少的规律如下：第一次转变温度发生在124.30C,起始点104.60C,终止点145.80C,此转变温度质量减少28.86%;第二次转变温度发生在248.80C, 起始点221.00C,终止点280.00C,此转变温度质量减少7.25%;第三次转变温度发生在765.90C, 起始点749.70C,终止点777.60C,此转变温度质量减少12.99%。 分析：
1，第一阶段，在该实验中很有可能在100——120°C之间时，失去了四分子水。因为硫酸铜失去前两分子水的温度是48°C，再失去两分子结晶水的温度是99°C因为加热的速度很快所以会得到稍稍延迟的图像。
2，第二阶段，继续加热至200°C时，又失去一分子的水。变成无水硫酸铜了。因为硫酸铜的失去最后一分子结晶水的温度是218°C。
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3,第三阶段，加热到650°C以上时，无水硫酸铜分解成为氧化铜和三氧化硫，是一个相对长一点过程，可以粗略的对应650°C以后的两个小的吸收峰。
上图中，细线表示DTA曲线，对AB之间的吸热峰分析可知，峰值在120.6℃，面积为-438.2μVs/mg，粗线表示的为TG曲线，CD之间的分析可知质量变化为-6.75％。 2．DSC
0-1-2聚丙烯polypropylene-DSCDSC/mW-3-4-5-6164.791-7050100150200temperature
对DSC图分析知道，聚丙稀材料作DSC曲线，结晶峰的热量为66.77 J/g，结晶温度为165℃。 五．思考题
1、简述DTA、DSC测定方法及原理。 2、简述功率补偿DSC加热方式。 （1）DTA。
差热分析基本原理：在程序控制温度下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。数学表达式为： △T＝Ts－Tr（T或t）其中： Ts ，
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