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化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC）年级:2011级材料化学日期：2013-10-17 姓名：学号：同组人：一、预习部分1、差热分析差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。
该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。
广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。
差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。
峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。
其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。
虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。
20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。
差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。
差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。
在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。
曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。
曲线的面积正比于热焓的变化。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。
DSC 差示扫描量热法差示扫描量热法（differential scanning calorimetry）这项技术被广泛应用于一系列应用，它既是一种例行的质量测试和作为一个研究工具。
该设备易于校准，使用熔点低，是一种快速和可靠的热分析方法。
差示扫描量热法(DSC)是在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。
DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。
换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t 的变化关系。
如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差随温度T的变化关系。
物质在温度变化过程中，往往伴随着微观结构和宏观物理，化学等性质的变化。
宏观上的物理，化学性质的变化通常与物质的组成和微观结构相关联。
通过测量和分析物质在加热或冷却过程中的物理、化学性质的变化，可以对物质进行定性，定量分析，以帮助我们进行物质的鉴定，为新材料的研究和开发提供热性能数据和结构信息。
在差热分析中当试样发生热效应时，试样本身的升温速度是非线性的。
以吸热反应为例，试样开始反应后的升温速度会大幅度落后于程序控制的升温速度，甚至发生不升温或降温的现象;待反应结束时，试样升温速度又会高于程序控制的升温速度，逐渐跟上程序控制温度，升温速度始终处于变化中。
而且在发生热效应时，试样与参比物及试样周围的环境有较大的温差，它们之间会进行热传递，降低了热效应测量的灵敏度和精确度。
因此，到目前为止的大部分差热分析技术还不能进行定量分析工作，只能进行定性或半定量的分析工作，难以获得变化过程中的试样温度和反应动力学的数据。
差示扫描量热法实验报告差示扫描量热法实验报告一、引言差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是一种常用的热分析技术，可以用于研究物质的热性质和热反应。
本实验旨在通过差示扫描量热仪对某种聚合物的热性质进行分析，探究其热分解反应的特征和动力学参数。
二、实验原理DSC实验基于样品与参比物之间的温度差异来测量样品的热量变化。
在实验中，样品和参比物同时加热，通过测量两者之间的温度差和热流变化，可以得到样品的热容变化曲线。
当样品发生热反应时，其热容发生变化，从而产生峰状的热流曲线。
通过分析这些峰的形状、面积和位置，可以获得样品的热性质和热反应特征。
三、实验步骤1. 将待测样品和参比物分别放置在DSC仪器的样品盒和参比盒中。
2. 设置实验参数，如加热速率、扫描范围和环境气氛。
3. 开始实验，启动DSC仪器，开始加热过程。
4. 记录样品和参比物的温度和热流数据。
5. 分析实验数据，绘制热流曲线和热容变化曲线。
6. 根据峰的形状、面积和位置，分析样品的热性质和热反应特征。
四、实验结果与讨论通过实验测量和数据分析，我们得到了样品的热流曲线和热容变化曲线。
根据热流曲线，我们可以观察到样品在一定温度范围内的热反应峰。
通过分析这些峰的形状和面积，可以确定样品的热分解温度和热分解反应的性质。
同时，热容变化曲线可以反映样品的热容变化规律，进一步了解样品的热性质。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 样品在温度范围X至Y之间发生了热分解反应，热分解峰的最高温度为T。
2. 样品的热分解反应是一个放热反应，释放的热量为Q。
3. 样品的热分解反应速率较快，表明反应动力学较高。
五、结论本实验通过差示扫描量热法对某种聚合物的热性质进行了分析。
通过分析实验数据，我们得到了样品的热流曲线和热容变化曲线，并根据峰的形状、面积和位置，确定了样品的热分解温度和热分解反应的性质。
实验结果表明，该聚合物在一定温度范围内发生了放热的热分解反应，并且反应速率较快。
差示扫描量热法dsc起始温度热事件差示扫描量热法（DSC）是一种用于研究材料热性能的分析技术。
它通过比较样品与参考物质之间的热力学性质差异来研究材料的热行为。
DSC可以用来研究相变、热分解、熔融和玻璃化等热事件。
在DSC 实验中，常常需要测定样品的起始温度、终止温度和热事件峰值等参数。
本文将介绍DSC的原理和应用，以及如何测定样品的起始温度和热事件。
一、DSC的原理1. DSC是如何工作的DSC仪器包括一个样品盒和一个参考盒，它们分别装入样品和参考物质。
在实验过程中，样品和参考物质被置于恒温设备中，通过加热或冷却来改变温度。
当样品和参考物质发生热事件时，它们吸收或释放热量，导致样品和参考物质的温度发生变化。
DSC测定的是样品和参考物质之间的温度差异，从而得到材料的热学性质。
2. DSC曲线的含义DSC曲线通常包括热流曲线和温度曲线。
热流曲线是用来表示样品和参考物质之间的热量变化，而温度曲线则是表示样品和参考物质的温度变化。
根据这两个曲线，我们可以得到材料的热容、相变温度、热分解温度等重要信息。
二、DSC的应用1.材料研究DSC广泛应用于材料研究领域，可以用来研究材料的热性能和热行为。
通过DSC实验，科学家可以了解材料的热容、热分解温度、熔融温度等重要参数，为材料的设计和改进提供重要参考。
2.药物分析在制药工业中，DSC也被广泛应用于药物的研究和开发。
通过DSC 实验，可以了解药物的热降解温度、热吸收量等参数，为药物的稳定性和保存条件提供重要参考。
三、测定样品的起始温度和热事件1.测定起始温度测定样品的起始温度是DSC实验的重要步骤之一。
起始温度是指样品发生热事件的温度，通常可以通过观察DSC曲线的谷底来确定。
在谷底处，样品和参考物质的热量变化最为显著，可以用来确定起始温度。
2.测定热事件除了测定起始温度外，还需要测定样品的热事件。
热事件是指样品发生热分解、相变、熔融等过程，通常可以通过观察DSC曲线的峰值来确定。
差示扫描量热法 dsc 起始温度热事件差示扫描量热法（DSC）是一种广泛应用于材料科学领域的实验技术，用于研究材料在不同温度下的热性质变化。
起始温度是指在DSC实验中，样品发生热事件的温度起点。
热事件则是指在DSC曲线上观察到的吸热或放热现象。
本文将围绕差示扫描量热法的原理、应用、数据分析以及起始温度和热事件等方面展开深入探讨。
首先，差示扫描量热法是通过比较样品和参考物体在相同条件下的热量变化来研究样品的热性质。
在实验过程中，样品和参考物体分别放置在两个独立的量热杯中，然后通过控制加热速率和测量样品和参考物体的温度来记录热量变化。
当样品中发生物理或化学变化时，DSC曲线上就会出现峰值或谷底，代表着热事件的发生。
其次，DSC技术在材料科学领域有着广泛的应用。
通过DSC实验可以研究材料的熔融行为、晶型转变、玻璃化转变等热性质变化。
同时，DSC还可以用于研究反应动力学、相变热、热容等热力学参数，为材料的设计和改进提供重要参考。
在进行DSC实验时，对起始温度的准确测定至关重要。
起始温度可以反映样品发生热事件的温度范围，并且与样品的热稳定性和热活性密切相关。
通常情况下，起始温度通过观察DSC曲线上的峰值或谷底来确定，但有时也需要结合其他实验数据进行综合分析。
另外，热事件的性质和特征对于理解材料的性能和结构具有重要意义。
吸热峰通常代表着材料的熔融或晶型转变，而放热峰则可能与化学反应或玻璃化转变有关。
通过分析热事件的峰形、峰高、积分面积等参数，可以揭示材料内部的微观过程，为材料性能的改进和调控提供指导。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，差示扫描量热法是一种强大的实验技术，广泛应用于材料研究领域。
通过准确测定起始温度和分析热事件，可以深入了解材料的热性质变化及其影响因素，为材料设计和性能优化提供重要参考。
未来，随着科学技术的不断发展，DSC技术将在材料研究和工业生产中发挥更大的作用，为新材料的开发和创新提供支持和保障。
dsc差示扫描量热法
"DSC" 代表差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry），是一种热分析技术，用于研究材料的热性质。
差示扫描量热法通过测量样品与参考样品之间的热量差异，提供关于材料的热力学和热动力学性质的信息。
具体来说，DSC 在实验中通常会有一个样品和一个相同条件下的参考样品。
这两者都受到相同的温度程序控制。
当样品经历物理或化学变化时，释放或吸收的热量会导致样品和参考样品之间的温度差异。
这个温度差异通过传感器测量，从而得到与温度的关联的热量信号。
以下是DSC 在研究材料性质时的一些应用：
1.相变研究：DSC 可用于研究材料的相变，如固相到液相的熔
化、液相到气相的汽化，以及反应过程中的热效应。
2.玻璃化转变：DSC 可用于研究玻璃化转变，即非晶态到玻璃态
的过渡，提供关于材料的玻璃化温度和玻璃化热的信息。
3.聚合物研究：DSC 可用于分析聚合物的热性质，如熔化、结晶、
玻璃化等，有助于了解聚合物的热稳定性和加工性能。
4.药物和生物材料研究：DSC 在药物研发和生物材料研究中也
有广泛应用，用于研究药物的热性质、生物分子的相互作用等。
总体而言，DSC 是一种强大的实验工具，可提供关于材料的热性质、相变和反应的定量和定性信息。
实验二差示扫描量热法(DSC)在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术称为差热分析，简称DTA（Differential Thermal Analysis）。
试样在升（降）温过程中，发生吸热或放热，在差热曲线上就会出现吸热或放热峰。
试样发生力学状态变化时（如玻璃化转变），虽无吸热或放热，但比热有突变，在差热曲线上是基线的突然变动。
试样对热敏感的变化能反映在差热曲线上。
发生的热效大致可归纳为：（1）发生吸热反应。
结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、二次相变（如高聚物的玻璃化转变）、气态还原等。
（2）发生放热反应。
气体吸附、氧化降解、气态氧化（燃烧）、爆炸、再结晶等。
（3）发生放热或吸热反应。
结晶形态转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等。
用DTA方法分析上述这些反应，不反映物质的重量是否变化，也不论是物理变化还是化学变化，它只能反映出在某个温度下物质发生了反应，具体确定反应的实质还得要用其他方法（如光谱、质谱和X光衍射等）。
由于DTA测量的是样品和基准物的温度差，试样在转变时热传导的变化是未知的，温差与热量变化比例也是未知的，其热量变化的定量性能不好。
在DTA基础上增加一个补偿加热器而成的另一种技术是差示扫描量热法。
简称DSC（Differential Scanning Calorimetry）。
因此DSC直接反映试样在转变时的热量变化，便于定量测定。
DTA、DSC广泛应用于：（1）研究聚合物相转变，测定结晶温度Tc 、熔点Tm、结晶度XD。
结晶动力学参数。
（2）测定玻璃化转变温度Tg。
（3）研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，测定反应热、反应动力学参数。
一、目的要求：1．了解DTA、DSC的原理。
2．掌握用DSC测定聚合物的Tg 、Tc、Tm、XD。
二、基本原理：1．DTA图（11-1）是DTA的示意图。
通常由温度程序控制、气氛控制、变换放大、显示记录等部分所组成。
比较先进的仪器还有数据处理部分。
温度程序控制是使试样在要求的温度范围内进行温度控制，如升温、降温、恒温等，它包括炉子（加热器、制冷器等）、控温热电偶和程序温度控制器。
气氛控制是为试样提供真空、保护气氛和反应气氛，它包括真空泵、充气钢瓶、稳压阀、稳流阀、流量计等。
交换器是由同种材料做成的一对热电偶，将它们反向串接，组成差示热电偶，并分别置于试样和参比物盛器的底部下面，示差热电偶的电压信号，加以放大后送到显示记录。
参比物应选择那些在实验温度范围内不发生热效应的物质，如α-Al 2O 3、石英粉、MgO 粉等，它的热容和热导率与样品应尽可能相近，当把参比物和试样同置于加热炉中的托架上等速升温时，若试样不发生热效应，在理想情况下，试样温度和参比物温度相等，ΔT ＝0，差示热电偶无信号输出，记录仪上记录温差的笔仅划一条直线，称为基线。
另一支笔记参比物温度变化。
而当试样温度上升到某一温度发生热效应时，试样温度与参比物温度不再相等，ΔT ≠0，差示热电偶有信号输出，这时就偏离基线而划出曲线。
ΔT 随温度变化的曲线即 DTA 曲线。
温差ΔT 作纵坐标，吸热峰向下，放热峰向上。
炉子的温度T w 以一定的速度变化，基准物的温度T r 在t ＝0时与T w 相等。
但当T w 开始随时间增加时，由于基准物与容器有热容C r ，发生一定的滞后；试样温度T s 也相同，不同的热容，滞后的时间也不同，T w 、T r 、T s 之间出现差距，在试样不发生任何热变化时ΔT 呈定值，如图12-2所示。
其值与热容、热导和升温速度有关。
而热容、热导又随温度变化，这样，在整个升温过程中基线会发生不同程度的漂移。
在DTA 曲线上，由峰的位置可确定发生热效应的温度，由峰的面积可确定热效应的图12-1图12-2大小，峰面积A 是和热效应ΔQ 成正比21t t Q K Tdt KA ∆=∆=⎰ ----------------------------- (1) 比例系数K 可由标准物质实验确定。
由于K 随着温度、仪器、操作条件而变，因此DTA 的定量性能不好；同时，为使DTA 有足够的灵敏度，试样与周围环境的热交换要小，即热导系数不能太大，这样当试样发生热效应时才会有足够大的ΔT 。
但因此热电偶对试样热效应的响应也较慢，热滞后增大，峰的分辨率差，这是DTA 设计原理上的一个矛盾。
2．DSC差示扫描量热法（DSC ）与差热分析（DTA ）在仪器结构上的主要不同是DSC 仪器增加一个差动补偿放大器，样品和参比物的坩埚下面装置了补偿加热丝，见图12-3。
当试样发生热效应时，譬如放热，试样温度高于参比物温度，放置在它们下面的一组差示热电偶产生温差电势U ΔT ，经差热放大器放大后进入功率补偿放大器，功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流。
使试样下面的电流I S 减小，参比物下面的电流I R 增大，而（I S ＋I R ）保持恒定值。
降低试样的温度，增高参比物的温度，使试样与参比物之间的温差ΔT 趋于零。
上述热量补偿能及时、迅速完成，使试样和参比物的温度始终维持相同。
设两边的补偿加热丝的电阻值相同，即R S ＝R R ＝R ，补偿电热丝上的电功率为P S ＝I 2S R 和P R =I 2R R 。
当样品无热效应时，P S ＝P R ；当样品有热效应时，P S 和P R 之差ΔP 能反映样放（吸）热的功率：22()()()()S R S R S R S R S R P P P I I R I I I I R I I U I U ∆=-=-=+-=+∆=∆ （2）由于总电流I S ＋I R ＝I 为恒定值，所以样品放（吸）热的功率ΔP 只与ΔV 成正比。
记录ΔP （I ΔU ）随温度T （或t ）的变化就是试样放热速度（或吸热速度）随T （或t ）图12-3的变化，这就是DSC 曲线。
在DSC 中，峰的面积是维持试样与参比物温度相等所需要输入的电能的真实量度，它与仪器的热学常数或试样热性能的各种变化无关，可进行定量分析。
DSC 曲线的纵坐标代表试样放热或吸热的速度，即热流速度，单位是mJ/s ，横坐标是T （或t ），同样规定吸热峰向下，放热峰向上。
试样放热或吸热的热量为21t t Q P dt '∆=∆⎰ ------------------------------------ （3） 式（3）右边的积分就是峰的面积，峰面积A 是热量的直接度量，也就是DSC 是直接测量热效应的热量。
但试样和参比物与补偿加热丝之间总存在热阻，补偿的热量有些漏失，因此热效应的热量应是ΔQ ＝KA 。
K 称为仪器常数，可由标准物质实验确定。
这里的K 不随温度、操作条件而变，这就是DSC 与DTA 定量性能好的原因。
同时试样和参比物与热电偶之间的热阻可作得尽可能的小，这就使DSC 对热效应的响应快、灵敏、峰的分辨率好。
3．DTA 曲线、DSC 曲线图12-4是聚合物DTA 曲线或DSC 曲线的模式图。
当温度达到玻璃化转变温度T g 时，试样的热容增大就需要吸收更多的热量，使基线发生位移。
假如试样是能够结晶的，并且处于过冷的非晶状态，那么在T g 以上可以进行结晶，同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。
进一步升温，结晶熔融吸热，出现吸热峰。
再进一步升温，试样可能发生氧化、交联反应而放热，出现放热峰，最后试样则发生分解，吸热，出现吸热峰。
当然并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。
确定T g 的方法是由玻璃化转变前后的直线部分取切线，再在实验曲线上取一点，如图12-5（a ），使其平分两切线间的距离Δ，这一点所对应的温度即为T g 。
Tm 的确定，对低分子纯物质来说，像苯甲酸，如图12-5（b ）所示，由峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相交，此点所对应的温度取作为T m 。
对聚合物来说，如图12-5（c ）所示，图12-4由峰的两边斜率最大处引切线，相交点所对应的温度取作为T m ，或取峰顶温度作为T m 。
T c 通常也是取峰顶温度。
峰面积的取法如图12-5（d 、e ）所示。
可用求积仪或数格法、剪纸称重法量出面积。
如果峰前峰后基线基本呈水平，峰对称，其面积以峰高乘半宽度，即12A h t =⨯∆；，见图12-5（f ）4．热效应的计算有了峰（谷）的面积后就能求得过程的热效应。
DSC 中峰（谷）的面积大小是直接和试样放出（吸收）的热量有关：ΔQ ＝KA ，系数K 可用标准物确定；而仪器的差动热量补偿部件也能计算。
由K 值和测试试样的重量、峰面积可求得试样的熔融热ΔH f （J/mg ），若百分之百结晶的试样的熔融热ΔH f *是已知的，则可按下式计算试样的结晶度：结晶度X D ＝ΔH f /ΔH f *×100％5．影响实验结果的因素DTA 、DSC 的原理和操作都比较简单，但要取得精确的结果却很不容易，因为影响的因素太多了，这些因素有仪器因素、试样因素。
仪器因素主要包括炉子大小和形状、热电偶的粗细和位置、加热速度、测试时的气氛、盛放样品的坩埚材料和形状等。
升温速度对T g 测定影响较大，因为玻璃化转变是一松弛过程，升温速度太慢，转变不明显，甚至观察不到；升温快，转变明显，但移向高温。
升温速度对影响不大，但有些聚合物在升温过程中会发生重组、晶体完善化，使和结晶度都提高。
升温速度对峰的形状也有影响，升温速度慢，峰尖锐，因而分辨率也高。
而升温速度快，基线漂移大。
一般采用10℃/min 。
在实验中，尽可能做到条件一致，才能得到重复的结果。
气氛可以是静态的，也可以是动态的。
就气体的性质而言，可以是惰性的，也可以是参加反应的，视实验要求而定。
对聚合物的玻璃化转变和相转变测定，气氛影响不大，但一般采用氮气，流量30ml/min 左右。
图12-5试样因素主要包括颗粒大小、热导性、比热、填装密度、数量等。
在固定一台仪器的情况下，仪器因素中起主要作用的是加热速度，样品因素中主要影响其结果的是样品的数量，只有当样品量不超过某种限度时峰面积和样品量才呈直线关系，超过这一限度就会偏离线性。
增加样品量会使峰的尖锐程度降低，在仪器灵敏度许可的情况下，试样应尽可能的少。
在测T g 时，热容变化小，试样的量要适当多一些。
试样的量和参比物的量要匹配，以免两者热容相差太大引起基线漂移。
试样的颗粒度对那些表面反应或受扩散控制的反应影响较大，粒度小，使峰移向低温方向。
试样要装填密实，否则影响传热。
在测定聚合物的玻璃化转变和相转变时，最好采用薄膜或细粉状试样，并使试样铺满盛皿底部，加盖压紧。
对于结晶性高聚物，若将链端当作杂质处理，高分子的分子量对熔点的影响可表示为：0112m m u nR T T H P -=∆ n P 为聚合度，u H ∆与结晶状态的性质无关，测定不同分子量结晶高聚物的m T ，以m T 对1M作图，可求出平衡熔点0m T 。
