第2章 热重技术 tga(dtg).ppt

第第2 2章章 热重分析热重分析 主讲：徐立新主讲：徐立新 （化工与材料学院材料系）（化工与材料学院材料系） 浙江工业大学校重点教学建设项目 （101001315） 《材料近代分析测试技术》网络课程之多媒体课件 目录目录 2.1 2.1 热分析的定义热分析的定义 2.2 2.2 热分析的类型热分析的类型 2.3 2.3 热重分析的发展历史热重分析的发展历史 2.4 2.4 热重分析的基本原理热重分析的基本原理 2.5 2.5 结果分析方法结果分析方法 2.6 2.6 仪器结构及工作原理仪器结构及工作原理 2.7 2.7 实验方法及影响因素实验方法及影响因素 2.8 2.8 主要应用领域主要应用领域 00 2.1 2.1 热分析的定义热分析的定义 2.1.12.1.1 热分析的基本定义热分析的基本定义 热分析热分析: : 在程序控温下，测量物质 的物理性质与温度关系的 一类技术 Thermal Analysis, TAThermal Analysis, TA 01 2.1.2 2.1.2 热分析的基本内涵热分析的基本内涵 热分析的基本标准：热分析的基本标准： l l 须测量物质的物理性质；须测量物质的物理性质； l l 须表示为与温度的关系；须表示为与温度的关系； l l 须进行程序控温。

须进行程序控温 图1 热分析的一般曲线图 02 2.1.2 2.1.2 热分析的基本内涵热分析的基本内涵 l l 热学（如热流速率）；热学（如热流速率）； l l 力学（如动态模量）；力学（如动态模量）； l l 电学（如介电常数）；电学（如介电常数）； l l 光学（如吸光系数）；光学（如吸光系数）； l l 磁学（如磁化性质）；磁学（如磁化性质）； l l 声学（如声波特性）；声学（如声波特性）； …… …… （（1 1）何为物质的）何为物质的““物理性质物理性质”” ？？ 03 2.1.2 2.1.2 热分析的基本内涵热分析的基本内涵 （（2 2）何为）何为““与温度关系与温度关系” ” ？？ 结果不是一个数据，而是某结果不是一个数据，而是某 一物理性质随温度的变化关一物理性质随温度的变化关 系，常表示为曲线系，常表示为曲线 图2 某聚合物样品的重量 随温度的变化关系 04 2.1.2 2.1.2 热分析的基本内涵热分析的基本内涵 （（3 3）何为）何为““程序控温程序控温” ” ？？ 温度的控制须按程序方式进行，主要包括等速温度的控制须按程序方式进行，主要包括等速 升温、等速降温、恒温、循环等方式。

升温、等速降温、恒温、循环等方式 05 2.1.3 2.1.3 热分析举例热分析举例 图图3 3 一般聚合物的一般聚合物的DSCDSC升温曲线升温曲线 例例1 1：聚合物热转变温度的测定：聚合物热转变温度的测定 测试方法：差示扫描量热法； 曲线形式：热流速率-温度关系； 测试结果： Tm，Tg，Tc，Td 等 06 2.1.3 2.1.3 热分析举例热分析举例 图4 CuSO4.5H2O 热失重过程 例例2 2：硫酸铜结晶水比例测定：硫酸铜结晶水比例测定 测试方法：热重分析； 曲线形式：重量保持率-温度关系； 测试结果： 结晶水比例 07 2.2 2.2 热分析的类型热分析的类型 2.2.1 2.2.1 按所测物理性质的类型分类按所测物理性质的类型分类 图5 热分析方法的基本类型 质量变化 热重法 微熵热重法 …… 热学性质变化 差热分析 差示扫描量热法 …… 力学性质变化 静态热机械法 动态热机械法 …… 其他性质 热声法 热电法 热磁法 热光法 …… 热分析技术：P = f(T) 08 2.2.2 2.2.2 按是否采用联用技术分类按是否采用联用技术分类 图6 热分析方法的基本类型 热分析技术：P = f(T) 单一热分析技术 联用热分析技术 差热分析； 热重分析； 动态热机械分析； 热介电分析； 热折光分析； …… 热重-差热分析； 质谱-差热分析； 质谱-热重分析； 红外光谱-差热分析； 紫外光谱-差热分析； …… 09 2.2.3 2.2.3 举例举例 图7 受污染土壤的热重-红外光谱联用分析 10 2.3 2.3 热重分析的发展历史热重分析的发展历史 2.3.1 2.3.1 天平的发明天平的发明 图8 古埃及天平 （约公元前1500年） 天平的发明时间可以追溯至天平的发明时间可以追溯至 很早时期，据历史记载，古很早时期，据历史记载，古 代埃及人早至公元前代埃及人早至公元前50005000年年 就开始使用天平。

就开始使用天平 11 2.3.2 2.3.2 火的发明火的发明 图9 由蜡烛发出的彩色火焰 人类用火和火灾的历史十分久远，据考古学研究结果人类用火和火灾的历史十分久远，据考古学研究结果 ，人类早至，人类早至200200多万年以前就已开始使用自然火种多万年以前就已开始使用自然火种 12 2.3.3 2.3.3 火与天平的结合火与天平的结合 图10 古代炼金术 约公元前约公元前25002500年，古埃及年，古埃及 人开始将火与天平相结合人开始将火与天平相结合 ，此后两者贯穿西方炼金，此后两者贯穿西方炼金 术漫长的历史（从公元前术漫长的历史（从公元前 300300年至公元年至公元1515世纪） 13 2.3.4 2.3.4 热重分析思想的提出热重分析思想的提出 图11 瓷土的重量变化 17821782年，英国瓷器制年，英国瓷器制 造者造者J.WedgwoodJ.Wedgwood首次首次 报道了第一条瓷土的报道了第一条瓷土的 重量随温度变化的热重量随温度变化的热 重曲线。

重曲线 14 2.3.5 2.3.5 第一台热重分析仪第一台热重分析仪 图12 热天平结构示意图 19031903年年W.NernstW.Nernst等制等制 造了第一台同时可对造了第一台同时可对 样品加热和称量的仪样品加热和称量的仪 器19051905年年O. BrillO. Brill 将二者进行耦合，得将二者进行耦合，得 到碱土碳酸盐的热重到碱土碳酸盐的热重 曲线图 15 2.3.6 “2.3.6 “热天平热天平””概念的提出概念的提出 图13 本多光太郎热天平结构示意图 19151915年日本教授本年日本教授本 多光太郎首次提出多光太郎首次提出 热天平概念，运用热天平概念，运用 热天平研究了硫酸热天平研究了硫酸 镁和碳酸钙的变化镁和碳酸钙的变化 过程 16 2.3.7 2.3.7 第一台商品化热重分析仪第一台商品化热重分析仪 图14 P.Chevenard（法国） 19361936年年P.ChevenardP.Chevenard 等等 人研制了自动记录式热人研制了自动记录式热 天平，天平，19451945年成为第一年成为第一 台商品化热重分析仪。

台商品化热重分析仪 17 2.3.8 2.3.8 微熵热重法的提出微熵热重法的提出 图15 热重-微熵热重曲线 19531953年年 W.L.DeW.L.De Keyser Keyser 在热重分析仪器基础上在热重分析仪器基础上 发明了微熵热重仪，得发明了微熵热重仪，得 到了热重到了热重——微熵热重曲微熵热重曲 线图 18 2.3.9 2.3.9 联用技术的发展联用技术的发展 图16 热重-差热分析联用仪 1955-19581955-1958年年L.ErdeyL.Erdey等等 发明了可同时记录热重发明了可同时记录热重 、微熵热重、差热曲线、微熵热重、差热曲线 的联用多谱仪有效拓的联用多谱仪有效拓 宽了热重分析技术的应宽了热重分析技术的应 用范围 19 2.3.10 2.3.10 目前发展状况目前发展状况 自上世纪自上世纪6060年代，各种高性能热年代，各种高性能热 重分析仪竞相问世，我国第一台重分析仪竞相问世，我国第一台 商品热重分析仪于上世纪商品热重分析仪于上世纪6060年代年代 初问世。

初问世 20 2.4 2.4 热重分析的基本原理热重分析的基本原理 2.4.1 2.4.1 材料受热过程质量的变化材料受热过程质量的变化 21 2.4.2 2.4.2 热重分析热重分析 图17 在一定的流动气氛和程序控温下，随着样品内部发生在一定的流动气氛和程序控温下，随着样品内部发生 失重热转变，导致其重量变轻，最终得到热重曲线失重热转变，导致其重量变轻，最终得到热重曲线 22 请点击以下链接观看动画演示 lcsjs/EveDjPlay.asp?dj_id=831 2.4.2 2.4.2 热重分析热重分析 Weight (%) Temperature(oC) 热重曲线 热重分析定义：热重分析定义： 在程序控温下测量样品的在程序控温下测量样品的 质量与温度关系的技术质量与温度关系的技术 ThermogravimetryThermogravimetry, TG, TG W = fW = f（（ T T 或或 t t ）） 23 2.4.2 2.4.2 热重分析热重分析 图18 热重曲线图的两种表示形式 热重曲线的横坐标通常为温度热重曲线的横坐标通常为温度T T，纵坐标通常为样品，纵坐标通常为样品 绝对的质量或质量保持率。

绝对的质量或质量保持率 24 2.4.2 2.4.2 热重分析热重分析 失重温度 失重比例 图19 热重曲线图 热重分析结果：热重分析结果： 失重转变温度（横坐标）；失重转变温度（横坐标）； 失重百分比例（纵坐标）；失重百分比例（纵坐标）； 不足之处：不足之处： 不能测得失重速度；同时不能测得失重速度；同时 失重范围难以准确界定失重范围难以准确界定 25 2.4.3 2.4.3 微熵热重分析微熵热重分析 图20 在热重分析的基础上，通过对样品的重量信息进行微在热重分析的基础上，通过对样品的重量信息进行微 分换算，最终可得到重量变化速度随温度的关系分换算，最终可得到重量变化速度随温度的关系 26 请点击以下链接观看动画演示 clcsjs/EveDjPlay.asp?dj_id=832 2.4.3 2.4.3 微熵热重分析微熵热重分析 微熵热重分析定义：微熵热重分析定义： 在程序控温下测量样品的在程序控温下测量样品的 质量变化速度与温度关系质量变。