TGA热重分析法的应用有哪些?
热重分析仪的相关应用
热重分析 (Thermogravimetry Analysis, TGA) 是在程式控温条件下,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,常用来研究各种材料的热稳定性及组成,是一种快速可靠的热分析方法,适用于许多场合的应用,可协助科学家或研发人员完成许多其他仪器所作不到的研究与测试。以下列举一些常见的TGA测试应用:
陶瓷材料应用
碳化矽(SiC) 陶瓷具有密度低、高温强度高、耐腐蚀、耐烧蚀、耐磨损、热膨胀系数小等优点,是在1300 ℃以上使用的最有前途的高温结构材料之一,常用于耐热、耐磨和使用环境苛刻的场合 。热压烧结SiC 陶瓷具有致密度高、抗弯强度大等优点,一直是研究重点之一,但由于氧化是导致SiC 陶瓷高温使用时失效的重要因素,严重限制了其应用范围和领域 ,因此研究SiC陶瓷的高温氧化过程行为,对于提高其使用温度和寿命具有指标的作用。利用TGA可测试SiC在不同温度的氧化增重率曲线及其等温氧化动力学曲线,进而得知SiC高温氧化增重速率,研究SiC陶瓷抗高温氧化性能。
金属材料应用
TGA在金属材料应用上,它可以测试金属和合金的成份组成、金属材料的热稳定性及其寿命、 金属材料的裂解的动力学、金属材料高温时氧化/还原行为及金属材料腐蚀测定等等。
碳捕捉
近期利用CaO系列材料于碳减量技术有其潜在研究价值,特别是CaO材料。因其具有捕碳转化率高且形成CaCO3速率快并且是属于热力学上相当稳定的物质等等特性。
CaO固体材料捕捉CO2性能可藉由TGA进行解析,由于CO2被固体材料捕捉属于扩散控制机制,在高温下捕捉的CO2与CaO材料表面形成致密的CaCO3层,在高温分解过程因烧结现象而使得表面积变小,造成长时间捕捉性能衰退主因。因此在利用TGA研究碳捕捉反应机制时,测试方法为多次重复之捕捉与除碳再生,以评估材料之捕捉容量及高温稳定性。
化学回圈
化学回圈程序(Chemical Looping Process, CLP) 为一项兼具有能源效率与二氧化碳捕捉的能源技术,为未来二氧化碳捕获与封存(Carbon Capture and Storage, CCS)之技术之ㄧ。化学回圈程序为一种同时具有高能源效率及二氧化碳捕获之新颖能源程序,程序机制为燃料反应器中,将反应器中的金属氧化物载氧体(以Fe2O3)与燃料(CxHy)反应,由载氧体提供燃料氧化所需的氧,使燃料转化为二氧化碳与水,而载氧体则还原为较低氧化态的Fe/FeO;再将Fe/FeO 输送至空气反应器, 由空气将载氧体氧化回最高氧化态Fe2O3。透过载氧体在两个反应器间的重复地回圈循环,可有效的平衡载氧体在两个反应器中进行还原与氧化之吸放热,同时提升二氧化碳排放纯度,减少分离程序之需求。在此程序中可利用热重分析仪(TGA)进行还原-氧化反应测试其载氧能力,并可利用TGA设定多次回圈测试其稳定度。
高分子聚合物应用
某些高分子材料中,有些吸水性非常高,我们可以利用TGA设定在某个温度下恒温ㄧ段时间来观察水份的损失量。或是高分子聚合物材料可能添加一些无机物(碳酸钙或玻璃纤维)来增加其硬度,因为有添加物可能和材料的裂解温度不同,我们可藉由TGA多段升温曲线来测定添加剂的含量。另外,也可以利用TGA来测定高分子材料灰份含量。