热分析技术基本原理

  【锂电世界】热分析技术的基础是当物质的物理状态和化学状态发生变化时（如升华、氧化、聚合、固化、硫化、脱水、结晶、熔融、晶格改变或发生化学反应时），往往伴随着热力学性质（如热焓、比热容、热导率等）的变化，因此可通过测定其热力学性能的变化，来了解物质物理或化学变化过程。现在把根据物质的温度变化所引起的性能变化（如热能量、质量、尺寸、结构等）来确定状态变化的方法统称为热分析。

    传统的热分析技术有热重分析法(TGA)、差热分析法(DTA)和差示扫描量热分析法(DSC)。

    (1)热重分析法(TGA)

    许多物质在加热或冷却过程中往往伴有质量变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成和结构密切相关。因此，利用加热或冷却过程中物质质量变化的特点，可以区别和鉴定不同的物质。这种方法就叫热重分析法。利用热重分析法可以研究物质的热稳定性、热分解温度、分解反应温度等。如果同时将分解产生的挥发组分输入气相色谱仪，测定分解产物的组成，则可以研究物质的热降解机理。把试样的质量作为时间或温度的函数纪录分析，得到的曲线称为热重曲线。热重曲线的纵轴方向表示试样质量的变化，横轴表示时间或温度。

    利月热重分析法可以研究物质的热稳定性、热分解温度、分解反应温度等。如果同时将分解产生的挥发组分输入气相色谱仪，测定分解产物的组成，则可以研究物质的热降解机理。记录TG曲线对温度或时间的一阶导数，也就是质量的变化率与温度或时间的函数关系为DTG曲线，可以进一步得到质量变化速率等更多信息。从失重曲线上各点的斜率可以计算在各温度下的失重速度(d W/dt)，从而可以计算分解速度常数(K)及反应活化能。

    (2)差热分析法

    差热分析法( DTA)是测量与材料内部热转变相关的温度、热流的关系，研究样品在可控温度程序下的热效应。通过差热分析仪，能够快速而准确地分析样品的熔点、相转变温度等各种特征温度。应用范围非常广，特别是材料的研发、性能检测与质量控制。

    在程序控温条件下，测量试样与参比的基准物质之间的温度差与环境温度的函数关系。当炉温等速上升，经一定时间后，样品和参比物的受热达到稳定态，即二者以同样速度升温。如果试样与参比物温度相同，AT=O，那么它们热电偶产生的热电势也相同。由于反向连接，所以产生的热电势大小相等方向相反，正好抵消，记录仪上没有信号；如果样品升温过程有热效应发生，而参比物是无热效应的，这样必煞出现温差，AT≠O，记录仪上的信号指示了AT的大小。