1、材料微观分析技术材料微观分析技术第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术上周课程回顾上周课程回顾1.1.材料热分析绪论材料热分析绪论2.2.热分析物理基础热分析物理基础3.3.差热分析法（差热分析法（DTADTA）原理，表征，影响因素和应用原理，表征，影响因素和应用4.4.差示扫描量热法（差示扫描量热法（DSCDSC）11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术今日授课内容介绍今日授课
2、内容介绍第三章第三章 材料热分析材料热分析 5.5.热重分析（热重分析（TGATGA）6.6.热膨胀分析热膨胀分析7.7.热释光分析热释光分析8.8.热分析技术的发展趋势热分析技术的发展趋势 课堂练习课堂练习11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析什么是热重法热分析技术？什么是热重法热分析技术？第三章第三章 材料热分析材料热分析 在程序温度控制下，测量物质的在程序温度控制下，测量物质的质量与温度变化函数关系的一类质量与温度变化函数关系的一类热分析技术。热分析技术。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析第三章第三章 材料热分析材料
3、热分析 程序温度变化（热作用）固态或液态物质程序温度变化（热作用）固态或液态物质质量变化（试样与参比物的质量差？）质量变化（试样与参比物的质量差？）伴随一定质量变化的物理或化学变化伴随一定质量变化的物理或化学变化热重分析的三个要素热重分析的三个要素11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重分析仪的仪器构成如何？热重分析仪的仪器构成如何？第三章第三章 材料热分析材料热分析 加热炉与程序控温系统加热炉与程序控温系统质量测量系统质量测量系统气氛与压力控制系统气氛与压力控制系统信号放大与数据处理系统信号放大与数据处理系统11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析
4、技术5.热重分析热重分析热重分析仪器实物照片热重分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重分析仪器实物照片热重分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重分析仪器实物照片热重分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重分析仪器实物照片热重分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.
5、热重分析热重分析质量变化测试系统的分类？质量变化测试系统的分类？第三章第三章 材料热分析材料热分析 天平式天平式弹簧秤式弹簧秤式电子秤式电子秤式零位法零位法变位法变位法使用石英玻璃弹簧使用石英玻璃弹簧压电陶瓷传感器压电陶瓷传感器11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重曲线（热重曲线（TGTG）如何表征？）如何表征？第三章第三章 材料热分析材料热分析 失重起始点（温度）失重起始点（温度）失重终止点（温度）失重终止点（温度）11/10/2022材料微观分析
6、技术材料微观分析技术结晶硫酸铜热重曲线实例结晶硫酸铜热重曲线实例第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析什么叫微商热重法（什么叫微商热重法（DTGDTG）？）？第三章第三章 材料热分析材料热分析 微商热重法（微商热重法（Derivativ Thermogravimetry，DTG）或称导数热重法，是对）或称导数热重法，是对TG曲线对时间曲线对时间进行一次微商（一阶导数）从而得到进行一次微商（一阶导数）从而得到dm/dtT曲线的一种方法，它表示质量随时间的变化曲线的一种方法，它表示质量随时间的变化速率（失重速率）与温度（或时间）
7、的函数速率（失重速率）与温度（或时间）的函数关系。关系。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析微商热重法的特点如何？微商热重法的特点如何？第三章第三章 材料热分析材料热分析 一次测定可同时获得一次测定可同时获得TG和和DTG两条曲线。两条曲线。DTG曲线能精确反映出起始反应温度，到曲线能精确反映出起始反应温度，到达最大反应速率的温度和反应终止温度。达最大反应速率的温度和反应终止温度。把把DTG曲线峰面积与样品量的变化精确地曲线峰面积与样品量的变化精确地加
8、以对照就能进行定量分析。加以对照就能进行定量分析。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析微商热重法的特点微商热重法的特点第三章第三章 材料热分析材料热分析 TG曲线对于某些受热过程中出现的台阶曲线对于某些受热过程中出现的台阶不大明显，但利用不大明显，但利用DTG则能呈现明显的则能呈现明显的最大值。所以最大值。所以DTG能很好显示出重叠反能很好显示出重叠反应，区分各个反应阶段。应，区分各个反应阶段。DTG能精确显示微小质量变化的起点。能精确显示微小质量变化的起点。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析第三章第三章 材料热分析材料
9、热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素？影响热重分析结果的因素？第三章第三章 材料热分析材料热分析 要真正获得一个好的要真正获得一个好的TGTG实验结果，不是易事。实验结果，不是易事。根据根据ICTAICTA标准化委员会的意见，在进行热分析时标准化委员会的意见，在进行热分析时必须对实验条件加以严格控制，并要仔细研究实必须对实验条件加以严格控制，并要仔细研究实验条件对所测数据的影响，在验条件对所测数据的影响，在发表热分析数据时
10、发表热分析数据时必须同时明确测定时所采用的实验条件必须同时明确测定时所采用的实验条件。影响热重分析的因素主要有两个方面：仪器因素影响热重分析的因素主要有两个方面：仪器因素和操作因素。和操作因素。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 仪器因素仪器因素1.1.浮力变化和对流影响浮力变化和对流影响热重基线漂移热重基线漂移现象现象2.2.挥发物冷凝挥发物冷凝3.3.坩锅的材质、尺寸与形状坩锅的材质、尺寸与形状11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分
11、析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 操作因素操作因素1.1.升温速率升温速率2.2.试样的用量、粒度与形状、装填密度等试样的用量、粒度与形状、装填密度等3.3.压力和气氛压力和气氛11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 升温速率升温速率1.1.升温速率增加，加热炉和试样之间温差随之增升温速率增加，加热炉和试样之间温差随之增大，导致热重曲线的起始温度和终止温度偏高，大，导致热重曲线的起始温度和终止温度偏高，曲线向高温方向推移。曲线向高温方向推移。2.2
12、.实践中，热重法测定的升温速率选择：对传热差实践中，热重法测定的升温速率选择：对传热差的高分子试样一般选用的高分子试样一般选用5 5lOlOminmin，对传热好，对传热好的金属试样一般可选用的金属试样一般可选用10102020minmin。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 升温速率升温速率3.3.如以如以2.5/min2.5/min的升温速率测定的升温速率测定NiS0NiS04 47H7H2 20 0的热的热重曲线，只测得一水化合物的失水平台。当以重曲线，只测得一水化合物的失
13、水平台。当以0 06/min6/min的速率测定时则可测得六水化合物、的速率测定时则可测得六水化合物、四水化合物、二水化合物和一水化合物的失水平四水化合物、二水化合物和一水化合物的失水平台。所以，对于含大量结晶水的试样，宜采用尽台。所以，对于含大量结晶水的试样，宜采用尽量慢速升温为好。量慢速升温为好。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 试样的用量、粒度与形状、装填密度试样的用量、粒度与形状、装填密度试样用量试样用量增加增加，试样内部温差增加，使，试样内部温差增加，使TGTG曲线向
14、曲线向高温方向偏移；试样用量过少，会使本来很小的高温方向偏移；试样用量过少，会使本来很小的峰不能检测出来。峰不能检测出来。在仪器的灵敏度范围许可的情况下，试样用量应在仪器的灵敏度范围许可的情况下，试样用量应尽量小。尽量小。一般试样用量：零点几毫克或几毫克。一般试样用量：零点几毫克或几毫克。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/
15、10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 试样的用量、粒度与形状、装填密度试样的用量、粒度与形状、装填密度试样粒度减小，装填疏松，气体扩散速度试样粒度减小，装填疏松，气体扩散速度增加，使增加，使TGTG曲线向低温方向偏移，反应区曲线向低温方向偏移，反应区间变小。间变小。一般要求：试样磨细，粒度范围一般要求：试样磨细，粒度范围100100300300目，干燥，粒度和形状均一，装填疏松、目，干燥，粒度和形状均一，装填疏松、一致。一致。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分
16、析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 压力和气氛压力和气氛压力和气氛对压力和气氛对TGTG曲线影响比较复杂，取决于曲线影响比较复杂，取决于相应分解变化过程的物理化学机制。相应分解变化过程的物理化学机制。一般要求：动态气氛，恒定条件一般要求：动态气氛，恒定条件11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分
17、析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析影响热重分析结果的因素影响热重分析结果的因素第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重分析的应用热重分析的应用第三章第三章 材料热分析材料热分析 材料鉴别与筛选材料鉴别与筛选材料结构变化分析材料结构变化分析材料热分解过程、机制与动力学研究材料热分解过程、机制与动力学研究材料热稳定性和热老化寿命研究材料热稳定性和热老化寿命研究11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术5.热重分析热重分析热重分析的应用热重分析的应用第三章第三章 材料
18、热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析什么是热膨胀分析技术？什么是热膨胀分析技术？第三章第三章 材料热分析材料热分析 在程序温度控制下，测量物质的在程序温度控制下，测量物质的体积或长度与温度变化函数关系体积或长度与温度变化函数关系的一类热分析技术。的一类热分析技术。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 程序温度变化（热作用）固态物质程序温度变化（热作用）固态物质尺寸变化（试样与参比物的长度差？）尺寸变化（试样与参比物的长度差？）构成物质的质点间平均距离的变化构成物质
19、的质点间平均距离的变化热膨胀分析的三个要素热膨胀分析的三个要素11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析仪的仪器构成如何？热膨胀分析仪的仪器构成如何？第三章第三章 材料热分析材料热分析 加热炉与程序控温系统加热炉与程序控温系统长度变化测量系统长度变化测量系统信号放大与数据处理系统信号放大与数据处理系统11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析仪器实物照片热膨胀分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分
20、析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析仪器实物照片热膨胀分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析仪器实物照片热膨胀分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析仪器实物照片热膨胀分析仪器实物照片第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析的应用热膨胀分析的应用第三章第三
21、章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术6.热膨胀分析热膨胀分析热膨胀分析的应用热膨胀分析的应用第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术7.热释光分析热释光分析什么是热释光分析技术？什么是热释光分析技术？第三章第三章 材料热分析材料热分析 在升温过程中，测量电介质材料在升温过程中，测量电介质材料（半导体与绝缘体）的发光行为（半导体与绝缘体）的发光行为与温度变化函数关系的一类热分与温度变化函数关系的一类热分析技术。析技术。11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术7.热释光分析热释光分析第三章第三章
22、材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术7.热释光分析热释光分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术7.热释光分析热释光分析第三章第三章 材料热分析材料热分析 25507510012515017520002004006008001000100oC60oCdcba TL Intensity/a.u.T/oCa x=55b x=60c x=65d x=70根据根据Randall和和Wilkins公式公式 E=25 k Tm计算得到相应陷阱能级的计算得到相应陷阱能级的深度，分别是深度，分别是0.717ev（60）0
23、.803ev（100）。）。掺掺Tb3+0.2mol%xZnO-(100-x)/2B2O3-(100-x)/2SiO2系列玻璃热释光谱系列玻璃热释光谱 11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术7.热释光分析热释光分析热释光分析的应用热释光分析的应用第三章第三章 材料热分析材料热分析 半导体和磷光体的研究半导体和磷光体的研究岩石和陶器等的断代分析岩石和陶器等的断代分析11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术8.热分析技术的发展趋势热分析技术的发展趋势第三章第三章 材料热分析材料热分析 热分析仪器的小型化和高性能化热分析仪器的小型化和高性能化多种热分析仪器的功能联用多种热分
24、析仪器的功能联用仪器自动化和数据库的建立与完善仪器自动化和数据库的建立与完善11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术今日授课内容总结今日授课内容总结第三章第三章 材料热分析材料热分析 5.5.热重分析（热重分析（TGATGA）6.6.热膨胀分析热膨胀分析7.7.热释光分析热释光分析8.8.热分析技术的发展趋势热分析技术的发展趋势11/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术综合练习题综合练习题第三章第三章 材料热分析材料热分析 1.1.试分析比较试分析比较DTADTA与与TGATGA测试结测试结果的影响因素异同点。果的影响因素异同点。3.3.教材中教材中P297P297，17175 54.4.教材中教材中P297P297，17176 65.5.教材中教材中P297P297，17177 711/10/2022材料微观分析技术材料微观分析技术11/10/2022
