热分析技术的发展现状及其在稀土功能材料中的应用

2018-12-30 17:49 | 作者:超超 |

当物质被加热或冷却时,当它达到一定温度时,它会经常融化。、凝固、晶型转换、分解、复合物、吸附、解吸等物理或化学变化,伴随烘烤变化,产生热效应,这表现为物质与环境之间的温差(样品和参考)。热分析的核心是在程序控制的温度条件下测量物质的物理性质和温度之间的关系的技术。物质是指样品本身和/或样品的反应产物,包括中间体。在热分析中,物质会在一定温度范围内发生变化,包括与周围环境发生的物理和化学变化,例如水和挥发性物质的释放,热量的吸收或释放以及一些变化。它还涉及材料的重量增加或重量损失,热力学变化以及热物理性质和电性质的变化。根据物理特性(质量、温度、能量、大小、机制、声音、光、热量、电力等),建立相应的热分析技术。

1常用的热分析方法

热重分析是一种在温度上升、冷却、或程序温度控制条件下的恒定温度下测量样品质量和温度(或时间)之间关系的技术。许多物质通常伴随着加热过程中质量的变化。这个过程有助于研究晶体性质的变化,如熔化的物理现象、蒸发、的升华和吸附;它还有助于研究物质脱水的问题、解离、氧化、减少物质的化学现象如。

差热分析是一种用于测量样品和参比之间的温差以及在编程温度下的温度(或时间)的技术。它使用系统和环境之间的温差(样品和参考)来识别物质或通过测量样品和参比之间的温度差作为时间的函数来确定组成和转变温度、热效应。物理和化学特性。应用包括熔化和结晶转化、氧化还原反应、裂解反应等。分析研究、主要用于定性分析。

差示扫描量热法是一种用于在程序温度控制下测量作为温度函数的物质和参考物之间的能量差之间的关系的技术。分析研究的范围与DTA的范围大致相同,但它可以定量测量各种热力学和动力学参数,如比热、反应热、转化热和聚合物结晶度。热机械分析是在一定温度程序下应用一定的机械力来观察样品尺寸在一定方向上与温度或时间的关系。广泛用于塑料、橡胶、胶片、光纤、涂层、陶瓷、玻璃、金属材料和复合材料等领域。

动态力学分析方法是在程序的温度控制条件下控制样品的力学行为,并应用单频或多频振荡力来确定储能模量、的储能模量和温度为、的损耗因子。时间和力量频率。功能关系。广泛用于热塑性和热固性塑料、橡胶、涂层、金属和合金、无机材料、复合材料等领域。

使用热分析技术(如DTA,DSC和TU)获取更多热分析信息。同时,各种分析技术集中在一台仪器上,使用方便,减少了误差。由于可以一次获得关于样品行为的两个或更多信息,这有助于识别过程的归属,例如相变和分解、加成和缩聚反应、裂解、氧化和燃烧反应等,增强信号Analyzable。

在250°C的范围内,TU曲线仅改变0.0200。由于高温范围内的值变化很小,质量被认为基本不变,并且DSC曲线上存在显着的吸热峰。根据吸热效应,没有质量变化,反应是晶型转变。样品的TU曲线中有三个减重过程。随着减重过程,DSC'有三个吸热峰。根据这种现象,可以判断样品具有脱水或分解反应。与单一热分析方法相比,集成热分析技术更加详细和全面。热分析技术与其他技术相结合

热分析技术与质谱联用(MS)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱(UC')和X射线衍射分析(XRD)是热分析技术的新领域,除了样品加热。除了热分析信号外,还可以检测到加热过程中从系统中逸出的挥发性成分,这不仅扩展了分析内容,而且有助于研究反应过程,解释反应机理,并进行动力学分析。

(1)热分析仪结合质谱仪

质谱分析具有灵敏度高,响应时间短的优点。质谱仪和质谱仪的组合不仅可以对反应产物进行定性和定量分析,还有助于更好地解释反应机理。常用的方法是TU-MS、DTA-MS、TU-DTA / DSCMSTU-FTIR-MS和TU-MS / MS,其中最常用的是TU-MS,应将足够量的释放气体转移到质谱仪。获得了最好的结果,而质谱仪是快速扫描和长期稳定操作所必需的。(2)结合傅立叶红外光谱仪

与TU-MS相比,TU-FTIR具有以下优点:1)同时采集各种气体样品的红外光谱信息; 2)在热处理过程中连续扫描逸出的部件; 3)根据已知适当校正后,定量分析化合物对IR的吸收信息; 4)在区分异构体方面具有优势。韩志东等通过TU-FTIR研究了聚乙烯/石墨插层化合物的热降解过程。发现不同磷化合物的嵌入对PE的热降解模式没有显着影响,但由于磷化合物嵌入的体积膨胀而发生氧化还原。该反应导致PE的部分热降解和热氧化降解,这促进了后期焦炭形成的石墨化过程。李荣勋等人用TU-FT-IR研究了PVC的热降解过程。结果表明,PVC共混物的热降解过程分为三个阶段,产物为HCl,低烃化合物、苯及其衍生物。

(3)与气相色谱一起使用

热分析仪与气相色谱仪结合使用,以获得热分析信息,并在热分析过程中检测逸出的气体。目前,热分析仪和气相色谱仪与TU-U1和DTA-U1组合使用。杜廷法等。使用热分析和气相色谱法研究草酸氢钾一水合物。

(4)与X射线衍射分析仪配合使用

通过分析材料的X射线衍射图案,可以获得材料的组成、相组成、内部原子或分子结构或形态信息。热分析是一种研究材料内部相变过程随温度变化的技术。根据元素的二元相图,热分析温度范围内相同材料的热分析应与X射线衍射图的相组成一致,即每个热分析反应的相变将对应于X射线谱上的A相。两者的结合还在于原材料质量控制,磁性材料研究和非晶合金结晶度。扮演一个重要角色。

3.1适用于稀土磁性材料

稀土元素是化学元素周期表第三个亚组的中间元素,具有、的特殊物理特性。例如,RE元件具有独特的4f电子结构。、大原子、具有强大的自旋轨道耦合。稀土磁性材料是由稀土金属和过渡金属(例如钻、铁)组成的合金,其通过粉末冶金方法压制和烧结并通过磁场磁化磁性制备。居里点对磁性材料的影响不容忽视。除了以常规方式测量居里点之外,还可以利用热分析技术来测量居里点。测量稀土磁性材料时,应在热分析仪的顶部或侧面放置磁铁(主要取决于炉体的方向)。当使用热分析仪的天平进行称重时,结果为F(合力)。 )= G(重力)F1(磁铁对样品的吸引力)产生质量。随着温度的升高,在693°C时,TU曲线开始上升,质量开始增加。原因是在693℃时,样品经历铁磁到顺磁转变,并且样品将逐渐失去其磁性。在704.2℃时,铁磁体完全转变为顺磁性,天平显示的质量为F = G.生产的质量提高了9.0600。相应地,DSC'曲线在692.9℃下具有相变。磁铁内部的布置从原始顺序变为无序,其中热烘烤的变化可通过DSC'测量。并且TU的起点仅远离DSC'的起始点0.1°C,表明TU测量与DSC测量具有良好的对应性。4总结

热分析技术的发展现状及其在稀土功能材料中的应用

随着科学技术的进一步发展,未来的热分析仪器将不可避免地向高精度、高灵敏度,全自动、多功能发展。随着稀土功能材料在高新技术产业中的广泛应用,该技术将在稀土磁性材料结晶条件的制定,稀土非晶材料结晶度的测定及其研究中发挥重要作用。稀土化合物的反应机理。它的作用将成为稀土功能材料领域不可或缺的研究方法之一。



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