本(ben)文(wen)介紹了(le)(le)差示掃描量熱儀(yi)（DSC）的(de)工(gong)作原理，分析了(le)(le)典型熱轉變過程的(de)DSC特征(zheng)曲線，所介紹案例可作為DSC曲線解(jie)析參考，滿(man)足用戶測(ce)試(shi)需求。

前言

DSC-40A是一(yi)款由(you)仰儀科技開發(fa)的差(cha)示(shi)掃描量熱儀新產品(pin)。該產品(pin)使用(yong)毫(hao)克級樣(yang)品(pin)量，可測定(ding)玻璃(li)化(hua)(hua)轉變(bian)溫(wen)度(du)(du)、熔點、結(jie)晶(jing)(jing)溫(wen)度(du)(du)、結(jie)晶(jing)(jing)度(du)(du)、熔融焓(han)、結(jie)晶(jing)(jing)焓(han)、結(jie)晶(jing)(jing)動(dong)力(li)(li)學、反應動(dong)力(li)(li)學參(can)數(shu)(shu)、比熱容(rong)、材(cai)(cai)(cai)料相容(rong)性(xing)和(he)膠凝轉化(hua)(hua)率(lv)等基礎數(shu)(shu)據，廣(guang)泛應用(yong)于高(gao)分子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料、生物醫藥、無機非金屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料、石(shi)油化(hua)(hua)工(gong)、金屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料、含(han)能材(cai)(cai)(cai)料、食(shi)品(pin)工(gong)業等領域的熱力(li)(li)學和(he)動(dong)力(li)(li)學研究。本文選取(qu)高(gao)分子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料和(he)鋰(li)離子(zi)(zi)材(cai)(cai)(cai)料等典型(xing)樣(yang)品(pin)，利用(yong)DSC曲線反映(ying)的各種參(can)數(shu)(shu)信(xin)息，揭示(shi)熱過程和(he)熱處(chu)理對材(cai)(cai)(cai)料組成、相態(tai)變(bian)化(hua)(hua)和(he)物化(hua)(hua)性(xing)質的重要影響。

圖1 仰儀(yi)科(ke)技DSC-40A差(cha)示掃(sao)描(miao)量熱儀(yi)

原理(li)與應(ying)用

圖2 熱流(liu)型DSC典型爐體結構^[1]

2. DSC研(yan)究玻璃(li)化轉變過程(cheng)

玻璃(li)化轉(zhuan)變表示高分子材(cai)料從(cong)“玻璃(li)態”轉(zhuan)變為“橡膠態”的過程(cheng)。在玻璃(li)化溫度(du)T_g以(yi)下，分子運動基本凍結；到達T_g時，分子運動活躍起(qi)來，熱容(rong)(rong)量增大，曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)向吸熱一(yi)側偏移。非晶態(tai)不相容(rong)(rong)的(de)二元共(gong)(gong)聚(ju)物一(yi)般有(you)(you)兩(liang)個玻璃(li)(li)化轉變(bian)(bian)，而且玻璃(li)(li)化轉變(bian)(bian)特性(xing)有(you)(you)所(suo)不同。圖3是苯乙(yi)烯-丁二烯-苯乙(yi)烯（SBS）的(de)嵌(qian)段共(gong)(gong)聚(ju)物的(de)DSC曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)，曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)B和(he)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)S分別(bie)代表有(you)(you)一(yi)定交聯的(de)聚(ju)丁二烯和(he)聚(ju)苯乙(yi)烯均聚(ju)物的(de)熱轉變(bian)(bian)曲(qu)(qu)(qu)線(xian)(xian)。共(gong)(gong)聚(ju)后的(de)熱塑性(xing)彈性(xing)體SBS有(you)(you)兩(liang)個玻璃(li)(li)化轉變(bian)(bian)溫度T_g1和T_g2，分(fen)別(bie)向高溫(wen)(wen)側和低溫(wen)(wen)側偏移。玻璃化轉變溫(wen)(wen)度可(ke)以(yi)分(fen)析材料凝聚態(tai)結構，指導科學研究和工(gong)業生產(chan)。

圖3 SBS嵌段共聚(ju)物的DSC曲線^[2]

3. DSC研究(jiu)結晶過程

圖4 不同降溫速率(lv)下的 PP 熔體(ti)結晶 DSC 曲線(xian)^[3]

圖5 聚丙烯(xi)氧化誘(you)導(dao)時(shi)間(jian)DSC曲線(xian)^[4]

通過多(duo)重掃描速率(lv)下的(de)DSC曲線，使用(yong)Kissinger 法研究鋰離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)聚合物電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)熱(re)(re)解(jie)動力學。如(ru)圖(tu)6所(suo)示，PEO固態聚合物電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)有三(san)個(ge)主要吸熱(re)(re)峰(feng)。第(di)一個(ge)分解(jie)階段為(wei)100.9~131.2℃，代表PEO全固態聚合物電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)的(de)熔融(rong)峰(feng)；第(di)二個(ge)分解(jie)階段為(wei)131.3~258.3℃，推測為(wei)PEO中活化能較低的(de)側(ce)鏈斷裂(lie)，反應生成(cheng)分子(zi)(zi)量較低的(de)聚合物，吸收大量的(de)熱(re)(re)。第(di)三(san)個(ge)分解(jie)階段為(wei)258.4~378.7℃，代表PEO基體主鏈發生熱(re)(re)解(jie)。動力學參數見表1。

圖6 PEO基全(quan)固態鋰離子聚合物電解質 DSC 曲線^[5]

圖7 比熱(re)測定結果^[6]

圖8為紅(hong)松(song)試樣(yang)在(zai)先降溫(wen)(wen)(wen)后(hou)升(sheng)溫(wen)(wen)(wen)后(hou)得到的DSC曲線。從DSC曲線可(ke)看出，溫(wen)(wen)(wen)度降至約(yue)-18℃時(shi)，會出現(xian)(xian)1個明顯的放熱峰；在(zai)升(sheng)溫(wen)(wen)(wen)階段，溫(wen)(wen)(wen)度升(sheng)至約(yue)0～10℃時(shi)，會出現(xian)(xian)2個連續(xu)的吸熱峰，其中1個峰窄而小。結果表明，木材(cai)試樣(yang)內(nei)部的水分(fen)(fen)發(fa)生了相(xiang)變(bian)，因此可(ke)以依據單位(wei)質量(liang)冰的熔化熱值對(dui)木材(cai)內(nei)的水分(fen)(fen)進行定量(liang)分(fen)(fen)析(xi)。

圖8 紅松試樣 DSC 曲線^[7]

總結

^{近(jin)年來，國產DSC儀器已(yi)經取(qu)得了(le)(le)顯(xian)著(zhu)進步(bu)，在準確性(xing)、精密度和穩定性(xing)等方面(mian)有了(le)(le)顯(xian)著(zhu)提升。除此之外，仰儀科技新品DSC-40A新增了強大的人機交互與自動進樣等多功能選配。該儀器可準確測量不同材料的熱特性參數，幫助研發人員深入研究(jiu)和理解材料結構與性能的影響因素，為材料科學提供重要支撐性數據。}

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