写逸论文网

写逸论文网 首页 理工论文 查看内容

热分析技术的发展现状及其在稀土功能材料中的应用浅析

2016-8-6 13:06| 发布者: wangziyi| 查看: 505| 评论: 0|原作者: zhangni|来自: [db:来源]

摘要: 物质在受热或冷却过程中,当达到某一温度时,往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化,并伴随着有焙的改变,因而产生热效应,其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。热分 ...

  物质在受热或冷却过程中,当达到某一温度时,往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化,并伴随着有焙的改变,因而产生热效应,其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。热分析法的核心是在程序控制温度的条件下,测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。物质指试样本身和(或)试样的反应产物,包括中间产物。在热分析法中,物质在一定温度范围内发生变化,包括与周围环境作用而经历的物理变化和化学变化,诸如释放出结晶水和挥发性物质的碎片,热量的吸收或释放,某些变化还涉及到物质的增重或失重,发生热力学变化和热物理性质和电学性质变化等。根据物理性质的不同(质量、温度、能量、尺寸、力学、声、光、热、电等),建立了相对应的热分析技术。

  1常用的热分析方法

  热重分析是在程序控温条件下,测量在升温、降温、或恒温过程中样品质量与温度(或时间)相互关系的一种技术。许多物质在加热过程中常伴随质量的变化,这种变化过程有助于研究晶体性质的变化,如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。

  差热分析是在程序控温下测量样品与参比物的温度差与温度(或时间)相互关系的一种技术。它利用体系与环境(样品与参比物)之间有温度差这一特点,通过测定样品与参比物的温度差对时间的函数关系,来鉴别物质或确定组成结构以及转化温度、热效应等物理化学性质。应用范围包括熔化及结晶转变、氧化还原反应、裂解反应等的分析研究、主要用于定性分析。

  差示扫描量热法是在程序控温下,测量物质和参比物之间的能量差随温度变化关系的一种技术。分析研究范围与DTA大致相同,但能定量测量多种热力学和动力学参数,如比热、反应热、转变热和高聚物结晶度等。

  热机械分析法是在一定的温度程序下,施加一定的机械力,观察样品在一定方向上的尺寸随温度或时间的变化关系。广泛应用于塑料、橡胶、薄膜、纤维、涂料、陶瓷、玻璃、金属材料及复合材料等领域。

  动态机械分析法是在程序控温条件下,并施加单频或多频的振荡力,研究样品的机械行为,测定其储能模量、损耗模量和损耗因子随温度、时间与力的频率的函数关系。广泛应用于热塑性与热固性塑料、橡胶、涂料、金属与合金、无机材料、复合材料等领域。

  2未来热分析技术的发展趋势综合热分析技术的应用

  利用DTA,DSC,TU等热分析技术的联用,获取更多热分析信息。同时多种分析技术集中在一个仪器上,方便使用,减少误差。由于可以一次得到两种或更多有关样品行为的信息,这就有助于识别某一个过程的归属,如相变和分解、加成和缩聚反应、裂解、氧化以及燃烧反应等,增强了信号的可分析。

  样品在250℃的区间范围内,TU曲线仅仅变化了0. 0200,由于高温范围内数值变化较小,认为质量基本没有发生变化,而DSC曲线上有一个明显的吸热峰出来。根据吸热效应,无质量变化,此反应为晶型转变。样品的TU曲线有三个失重过程,伴随着失重的过程,DSC'相应的有三个吸热峰,根据这个现象可以判断出样品发生了脱水或者分解反应。与单一的热分析方法相比,综合热分析技术更加细致和全而。热分析技术与其他技术联用

  将热分析技术与质谱(MS)、傅立叶红外光谱(FTIR)、气相色谱( UC')和X衍射分析(XRD)等技术联用是热分析技术发展的新领域,在样品加热过程中,除了产生热分析信号外,还可对体系在受热过程中逸出的挥发性组分加以检测,不仅扩大分析内容,还将有助于研究反应进程,解释反应机理,进行动力学分析。

  (1)热分析仪与质谱仪联用

  质谱具有灵敏度高和响应时间短的优点。热重仪与质谱仪联用,不仅可对反应产物进行定性及定量分析,还有助于更好地阐述反应机理。常用的联用方式有TU-MS 、 DTA-MS 、 TU-DTA/ DSC MSTU-FTIR-MS和TU-MS/MS等,其中TU-MS最常用,应保证有足够量的释放气体转移到质谱仪上,才可获得最佳结果,同时要求质谱仪能快速扫描和长周期稳定操作。

  (2)与傅立叶红外光谱仪联用

  与TU-MS比较,TU-FTIR的优点主要有:1)可同时获得多种气体试样的红外光谱信息;2)直接对热处理过程中的逸出组分进行连续扫描;3)根据己知的化合物对IR的吸收信息,在作适当校正后进行定量分析;4)特别是在区分同分异构体方而比较优越。韩志东等应用TU-FTIR研究了聚乙烯/石墨层间化合物热降解过程,发现不同含磷化合物插层并未显著影响PE的热降解方式,但由于含磷化合物插层体积膨胀所发生的氧化还原反应导致部分PE热降解提前并发生热氧化降解.促进了后期成炭的石墨化过程。李荣勋等等利用TU-FT-IR研究了PVC的热降解过程,发现PVC共混物的热降解过程分为3个阶段,其产物分别为HC1,低烃类化合物、苯及其衍生物。

  (3)与气相色谱仪联用

  将热分析仪与气相色谱仪联用,在得到热分析信息的同时,还可以对热分析过程中的逸出气体进行检测。目前,热分析仪与气相色谱仪联用的方式有T U-U l和DTA-Ul等。杜廷发等利用热分析与气相色谱联用研究一水合草酸氢钾。

  (4)与X衍射分析仪联用

  通过对材料X衍射图谱分析,可获得材料的成分、物相组成、内部原子或分子的结构或形态等信息。热分析是研究材料随着温度的变化,内部相变过程的技术。根据元素的二元相图,在热分析升温范围内,对同一材料进行热分析得出的结果,应该与其X衍射图谱的相组成相一致,即每一个热分析反应的相变都将对应于X射线图谱上的一个相。两者的联用还在原料质量控制方面,磁性材料研究方面,非晶合金结晶度方面。发挥重要的作用。

  3热分析技术在稀土功能材料中的应用

  3. 1应用于稀土磁性材料

  稀土元素是化学元素周期表第三副族中系元素,具有特殊的物理、化学性能,如RE元素具有独特的4f电子结构、大的原子、特强的自旋轨道藕合等特性。稀土磁性材料是稀土金属与过渡金属(如钻、铁等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。居里点对磁性材料的影响也不容忽视。除了用常规的方法测量居里点外,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,要在热分析仪的顶部或侧而放置一块磁铁(主要依据炉体的方向而定),用热分析仪自带的天平称重时,其显示的结果为F(合力)=G(重力)F1(磁铁对样品的吸引力)所产生的质量。随着温度的增加,在693℃时,TU曲线开始上升,质量开始增加。产生的原因是在693℃时,样品发生了铁磁向顺磁的转变,样品将逐渐的失去磁性,到704. 2℃时,铁磁性完全转变为了顺磁性,天平显示出来的质量是由F=G所产生的,质量增加了9. 0600。与之对应的是DSC'曲线在692. 9℃时有相变发生。磁体内部的排列由原来的有序性变成了无序性,其中热焙的变化可以由DSC'测量出来。并且TU的起始点与DSC'的起始点相差仅为0. 1℃,说明TU测量与DSC测量有很好的对应性。

  4总结

  随着科学技术的进一步发展,未来的热分析仪器必然会朝着高精度、高灵敏度,全自动化、多功能化等方而发展。随着稀土功能材料在高新技术产业中的广泛应用,这项技术将会对稀土磁性材料晶化条件的制定,稀土非晶材料结晶度的测定,稀土化合物反应机理的研究等方而起到重要的作用,并将成为稀土功能材料领域不可缺少的研究手段之一。


鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋
最新文章
热门文章

QQ|Archiver|手机版|小黑屋|写逸论文网  

GMT+8, 2018-6-20 17:15 , Processed in 0.096847 second(s), 21 queries .

返回顶部