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應(yīng)用領(lǐng)域
我們的熱分析設(shè)備所應(yīng)用的領(lǐng)域
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熱分析儀器在化學(xué)工業(yè)中越來越重要，用于評估加熱和冷卻對樣品物理和化學(xué)性質(zhì)的影響。它已成為研究、產(chǎn)品開發(fā)、工藝優(yōu)化和質(zhì)量保證中不可或缺的一部分。
購買這些儀器通常比其他測試和測量技術(shù)便宜。它們的處理不需要特殊知識(shí)，并且易于自動(dòng)化。
熱分析數(shù)據(jù)采集可以確定熔點(diǎn)、相變和分解點(diǎn)，并提供化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究。
林賽斯熱分析儀在受控壓力、溫度和環(huán)境條件下工作。用我們的儀器獲得的測量結(jié)果為化工過程優(yōu)化、過程可靠性以及仿真的性能與評估提供了可靠的基礎(chǔ)。
例如，林賽斯瞬態(tài)熱橋法導(dǎo)熱儀，對于測試某些化合物的導(dǎo)熱性至關(guān)重要，它是提供橡膠動(dòng)態(tài)力學(xué)分析的關(guān)鍵設(shè)備。以這種方式對橡膠化合物進(jìn)行質(zhì)量控制測試，可確保 O 形密封圈、電機(jī)軸承、輪胎、窗戶密封件和其他產(chǎn)品能夠承受使用條件。
前言
原油由重?zé)N、輕烴、烯烴和芳香烴混合組成，不同的組分具有不同的性質(zhì)，從而對應(yīng)不同的用途。因此，原油通常需要通過精煉，把不同種類的烴分離出來，以提煉出其中的有用物質(zhì)，例如用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、聚合物原料和化學(xué)原料等。
差示掃描量熱法（DSC）?是一種應(yīng)用廣泛的熱分析技術(shù)，可為材料的成分分析、性能評估、質(zhì)量控制等提供關(guān)鍵信息。將 DSC 技術(shù)應(yīng)用于原油的測定時(shí)，除了分解以外，原油的 DSC 圖中還有一個(gè)值得關(guān)注的特征效應(yīng)，即析蠟溫度，它可作為原油質(zhì)量控制的技術(shù)指標(biāo)。
實(shí)驗(yàn)
如下圖顯示了原油樣品在 -20 ℃ 至 140 ℃ 之間的加熱（紅色曲線）和冷卻（藍(lán)色曲線）過程的測量結(jié)果。原油在加熱過程中，固體部分轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，導(dǎo)致油的粘度降低。
這些熔化過程可以看作是寬峰，因?yàn)樵S多不同的化合物在一定的溫度范圍內(nèi)同時(shí)熔化。在冷卻過程中，由于放熱效應(yīng)，可以觀察到結(jié)晶峰。原油中含有一定量的重質(zhì)有機(jī)化合物，這些化合物在室溫下不是液體，而是固體，因此原油中總是有 “蠟質(zhì)部分” 的存在。
在加熱過程中，隨著溫度的升高，這些“蠟質(zhì)部分”開始融化，在 DSC 曲線上呈現(xiàn)出一個(gè)難以評估的寬峰。然而，在冷卻過程中，隨著溫度的降低，這些蠟開始結(jié)晶析出，在 DSC 曲線上可觀察到一個(gè)輪廓分明、清晰可見的初始溫度點(diǎn)（析蠟溫度），析蠟溫度可以表征單個(gè)原油的成分，可用于原油產(chǎn)品質(zhì)量控制。
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鉆石以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能而聞名。CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石樣品通常達(dá)到 1000 至 2200 W/(m?K) 之間的熱導(dǎo)率，稀有和高純度樣品甚至高達(dá) 3320 W/(m?K)。這種特性使金剛石成為高性能電子、激光系統(tǒng)和其他需要高效熱管理的應(yīng)用的理想散熱材料。準(zhǔn)確測量金剛石樣品的熱導(dǎo)率對于優(yōu)化材料質(zhì)量和了解其在苛刻熱環(huán)境中的性能至關(guān)重要。
為什么鉆石具有如此高的導(dǎo)熱性和熱擴(kuò)散率？
金剛石的導(dǎo)熱性源于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)：
1、強(qiáng)共價(jià)鍵：三維四面體結(jié)構(gòu)中的每個(gè)碳原子都與其他四個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，形成了一個(gè)剛性晶格，可以有效地傳遞熱量。
2、低原子質(zhì)量：碳原子相對較輕，因此可以快速振動(dòng)，這有利于通過晶格振動(dòng)（也稱為聲子）快速傳遞熱量。
3、高聲子速度：由于聲子的剛性和強(qiáng)大的原子間作用力，聲子的速度很高，這使得熱能在晶格中傳播得更快。
4、高 Debye 溫度：即使在高溫下，金剛石的結(jié)構(gòu)也能支持高頻振動(dòng)，從而保持導(dǎo)熱性能。
5、低聲子散射：對稱的晶體結(jié)構(gòu)最大限度地減少了散射，因此聲子可以長距離傳播而不會(huì)損失能量。
6、同位素純度：金剛石均勻的原子質(zhì)量進(jìn)一步減少了散射，從而增強(qiáng)了聲子的傳播。
這些因素使金剛石成為需要高導(dǎo)熱性材料的應(yīng)用的理想選擇，例如電子設(shè)備和高功率激光系統(tǒng)的冷卻。
具有高導(dǎo)熱性的金剛石樣品可以使用林賽斯 TF-LFA L54 進(jìn)行分析，該分析儀使用頻域熱反射技術(shù)來表征材料的熱性能，并確保在高效散熱至關(guān)重要的應(yīng)用中進(jìn)行質(zhì)量控制。由于晶粒尺寸、純度和厚度等因素都會(huì)影響傳輸性能，因此準(zhǔn)確的熱導(dǎo)率測量對于驗(yàn)證金剛石樣品的質(zhì)量和性能至關(guān)重要。
頻域熱反射法（FDTR）是測量 CVD 金剛石等材料熱導(dǎo)率的首選方法，尤其是在薄膜和微尺寸樣品中，高空間分辨率是必不可少的，林賽斯 TF-LFA L54 是實(shí)現(xiàn)這一目的的理想工具。
FDTR 使用調(diào)制激光在樣品中誘導(dǎo)局部加熱，并測量材料在不同調(diào)制頻率下的熱反射響應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)允許研究人員通過模擬金剛石及其界面的熱流來確定其熱導(dǎo)率。
來源：
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[2] Zhang, Chunyan & Vispute, Ratnakar & Fu, Kelvin & Ni, Chaoying. (2023). A review of thermal properties of CVD diamond films. Journal of Materials Science. 58. 1-23 . https://doi.org/10.1007/s10853-023-08232-w.
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前言
硅油，是一種不同聚合度鏈狀結(jié)構(gòu)的聚有機(jī)硅氧烷，在化工、制藥、電子等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。常用作高級(jí)潤滑油、防震油、絕緣油、液壓油、消泡劑、脫模劑、擦光劑等，同時(shí)硅油常被作為導(dǎo)熱介質(zhì)來使用。對于導(dǎo)熱介質(zhì)而言，導(dǎo)熱系數(shù)是衡量其傳熱能力的重要參數(shù)。
實(shí)驗(yàn)過程
本實(shí)驗(yàn)使用激光導(dǎo)熱儀 LFA L52 在室溫至 100 ℃ 的溫度范圍內(nèi)對硅油樣品進(jìn)行熱擴(kuò)散系數(shù)的測定，測試溫度間隔為 10 ℃ ，儀器采用液體、粉末、糊狀物樣品的特殊支架，同時(shí)硅油樣品的比熱使用林賽斯 DSC L63 進(jìn)行測定，已知該樣品的密度，儀器根據(jù)公式可自動(dòng)計(jì)算出硅油相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)。
結(jié)果分析
如下圖是硅油樣品的測試結(jié)果曲線，其中藍(lán)色曲線為樣品在室溫至 100 ℃ 范圍內(nèi)的熱擴(kuò)散系數(shù)，綠色曲線為樣品的比熱容，紅色曲線為樣品在該溫度范圍內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)。測試結(jié)果顯示，硅油的比熱容隨著溫度的升高略有增加，而硅油的熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)均隨著溫度的升高僅出現(xiàn)略微的降低，表明硅油的導(dǎo)熱性能具有良好的穩(wěn)定性，在該溫度范圍內(nèi)，硅油的導(dǎo)熱系數(shù)約為 0.11-0.19 W/(m·K)，測試結(jié)果與文獻(xiàn)值（0.1-0.2 W/(m·K)）僅有略微的偏差，由此可見其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性非常好。
前言
用 DSC 法測量高能物質(zhì)一直是一個(gè)困難的問題。儀器因動(dòng)力學(xué)效應(yīng)或腐蝕而有被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。如果發(fā)生這種損壞，儀器傳感器和熔爐部件的更換成本總是昂貴的，在大多數(shù)情況下，需要進(jìn)行專業(yè)的服務(wù)。使用 Linseis Chip-DSC ，傳感器與集成加熱器的更換非常簡單快速，用戶可以在大約 15 分鐘內(nèi)即可完成。
實(shí)驗(yàn)
用于安全氣囊、推進(jìn)劑、爆破材料等的高能材料在分解時(shí)表現(xiàn)出非常尖銳和高的放熱峰。示例顯示了 2.8 mg 安全氣囊點(diǎn)火劑（推進(jìn)劑）的 DSC 測量。在 280 ℃ 的點(diǎn)火溫度下，出現(xiàn)了一個(gè)非常高的尖峰，焓值超過 1 kJ/g 。該測量結(jié)果對計(jì)算點(diǎn)火劑需要量和獲得該物質(zhì)的溫度穩(wěn)定性信息具有重要意義。
前言
乙醇，俗稱酒精，是醇類化合物的一種，化學(xué)式為 C2H6O ，乙醇既可以通過發(fā)酵（如糖）自然產(chǎn)生，也可以通過乙烯水合等石化過程產(chǎn)生。乙醇燃燒性很好，是常用的燃料、溶劑和消毒劑等，在化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都有廣泛的用途。
實(shí)驗(yàn)
本次實(shí)驗(yàn)使用瞬態(tài)熱橋法導(dǎo)熱儀（THB）對含有少量乙醇的水溶液的導(dǎo)熱性進(jìn)行了研究。對于液體的測量，儀器使用金屬框架的傳感器（THB/Sensor/B/ metal），如下圖所示，將其懸掛在乙醇水溶液中，在室溫狀態(tài)下進(jìn)行了多次測量。測定的熱導(dǎo)率為 0.481 W/(m?K) ± 0.006 W/(m?K) 。作為比較，分別在同一實(shí)驗(yàn)條件下對純水和乙醇進(jìn)行熱導(dǎo)率的測量，測得的純水的熱導(dǎo)率為 0.60 W/(m?K) ，乙醇的熱導(dǎo)率為 0.17 W/(m?K) 。因此，可得出結(jié)論，對于乙醇水溶液，由于水中含有少量的乙醇而降低了其導(dǎo)熱性能。
前言
相變材料（PCMs），也稱為潛熱儲(chǔ)存材料，能夠在相變過程中儲(chǔ)存和釋放熱能（例如固體-液體）。相變材料在凍結(jié)過程中以聚變潛熱的形式釋放出大量的能量，當(dāng)材料熔化時(shí)，從環(huán)境中吸收等量的能量。因此，PCMs 可以用于加熱或冷卻應(yīng)用。相變材料最簡單的例子是水/冰，此外，各種石蠟和鹽水合物也屬于 PCMs 。
實(shí)驗(yàn)
在本實(shí)驗(yàn)中，從室溫至 330 ℃ 范圍內(nèi)對硝酸鈉（NaNO3）進(jìn)行熱導(dǎo)率研究。熱擴(kuò)散率使用 LFA 進(jìn)行測定，比熱容使用 DSC 進(jìn)行測定，密度使用膨脹儀測定。有了這些參數(shù)，即可以計(jì)算樣品的熱導(dǎo)率。
在溫度約為 310 ℃ 時(shí)，可觀察到硝酸鈉從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的相變過程。從室溫至 310 ℃ ，固態(tài)硝酸鈉的熱擴(kuò)散率隨著溫度的升高而減小，然而從 310 ℃ 開始，液態(tài)硝酸鈉的熱擴(kuò)散率隨著溫度的升高而增大。發(fā)生相變后，比熱容也迅速地增大，密度則隨著溫度的升高而減小。硝酸鈉熱導(dǎo)率的變化規(guī)律與比熱容相似，在固體狀態(tài)下熱導(dǎo)率的增大幅度較小，而在液體狀態(tài)下熱導(dǎo)率的增大速度較快。
前言
在某些情況下，材料的熱分析需要超過 2000 ℃ ，例如，石墨或用于高壓導(dǎo)體的其他陰極材料的熱分析很容易達(dá)到 2800 ℃ 。如果在惰性氣氛中進(jìn)行加熱，這些材料不會(huì)熔化或分解，因此可以用于這類應(yīng)用。由于耐高溫材料的熱膨脹引起了人們極大的興趣，林賽斯 L75 膨脹儀可以配備石墨爐體，以實(shí)現(xiàn)在所要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測量。
實(shí)驗(yàn)
在本實(shí)驗(yàn)中，使用林賽斯 L75 高溫膨脹儀從室溫到 2800 ℃ 測量了石墨樣品。測試前將樣品室抽真空并通入惰性氣體，按照 5 ℃/min 的速率進(jìn)行升溫測試。測試結(jié)果如下圖所示，綠色曲線表示石墨的絕對膨脹量，紅色曲線表示相對膨脹量，藍(lán)色曲線表示石墨的膨脹系數(shù)（CTE），樣品在整個(gè)測試溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出近似線性膨脹的行為。
