DSC示差掃描量熱法的應用有哪些?

發佈:2015-08-12, 週三

DSC差示掃描量熱儀的應用領域

示差掃描量熱法 (DSC, Differential Scanning Calorimetry) 被廣泛使用於許多應用中,無論是作為一般品質測試,或是作為一種研究工具,它都是一種有效的方法。DSC是一種快速可靠的熱分析方法,適用於許多場合的應用,可協助科學家或研發人員完成許多其他儀器所作不到的研究與測試。以下列舉一些常見的DSC測試應用:

氧化穩定性

使用示差掃描量熱法研究樣品的氧化穩定性,通常需要放置於氣密樣品室中,給定一個恆溫並與外界溫度隔絕。通常是將樣品室填充惰性氣體(一般是氮氣),加溫至待測溫度,然後施以氧化氣體。過程中,任何細微的氧化反應變化,都可以透過 DSC 觀察。DSC 可以用於分析材料化合物的穩定性,以及他們的最佳存儲條件。

安全篩選

DSC當作初步的安全篩選工具。在這類應用中,可將樣品放置於不會反應、且能承受高壓 (100 bar) 的坩堝中 (通常是純金,或者是鍍金鋼),藉此可以觀察樣品對熱的穩定性。但由於在這樣的設置下,靈敏度會比一般的設置差(因為厚重的坩堝,通常升溫速度是每分鐘 2-3 °C)。加上活化能是未知的,必須從開始觀測放熱時的溫度,扣除約75-100 °C之後,才能決定材料的最高建議溫度。否則,可使用絕熱量熱儀,以獲得更精準的數據,然而這樣的測試,可能需要花2到3天的時間,讓溫度以每半小時3℃的速度遞增。

陶瓷材料應用

對於研製新型的陶瓷材料以及製造過程中條件的控制,DSC 可用在陶瓷材料相變溫度相圖的測定,可提供極為有用的資料。例如BaO-TiO2-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷材料的DSC 曲線,可發現該材料在鐵電結晶放熱峰和熔融峰之間另有一個結晶相,利用DSC 可證明這種結晶相是這類玻璃陶瓷材料的最佳狀態。

金屬材料應用

DSC在金屬應用上,它可以測試金屬和合金的熔融結晶玻璃化轉變二次相變以及比熱等重要的物理化學性能,同時還可以測試腐蝕氧化還原磁性變化以及熱穩定性等。

對於比熱 (比熱容) 的量測,並不容易,尤其像熱絕緣 (Thermal Insulation) 的材料,更是不容易,因為這些材料通常是多孔隙的構造,同時也是低熱容量、低導熱綠的材料。傳統僅在底部有溫度感測器的 DSC 量熱儀,表現並不理想。SETARAM 的 C80 卡爾維式三維量熱儀,利用三維全包覆式的量熱方式,精準測量樣品的吸熱、放熱能量,得以精密計算物質的比熱。關於 C80 微量熱儀的特色,請參考本文 「DSC 的進化 - C80 卡爾維式三維量熱儀」。

儲氫材料應用

儲氫材料一般可分為金屬氫化物(Metal Hydride)、化學氫化物(Chemical Hydride)與吸附型儲氫材料(Sorbents)。吸附型儲氫材料在近幾年已被廣泛應用在氫氣儲存的研究上,其中最常見的就是金屬有機骨架化合物(MOF)。MOF 因具有純度高、結晶度高、成本低、能夠大批量生產和結構可控等優點,在氣體存儲尤其是氫的存儲方面展示出廣闊的應用前景。DSC在此類的應用中主要可以量測各式MOF 儲氫材料氫氣作用下的吸附熱(Heat of Adsorption)。

Setaram 的高溫 DSC 示差掃描量熱儀,能夠提供非常好的性能,是最適合這類研究的儀器