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高胜利:热分析检测技术与相图构筑

仪器信息网 2019/05/17 19:19:05 点击 735 次
默克工艺
[导读] 热分析技术除了对物质转变的研究,还可以用于相图的构筑。相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形,其所表示的相的状态是平衡状态。表达混合材料性质的一种很简便的方式就是相图。

  仪器信息网讯 热分析检测技术广泛应用于材料物性的测定。现代的热分析检测技术指在程序控温下,测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化,来研究物质的分子结构、聚集态结构、分子运动的变化等。热物理性质主要指的是温度和热焓、质量、尺寸、力学特性和电磁学的变化。

  陕西师范大学刘志宏通过对TG-DTA曲线的研究,发现了一种发光材料的热转化法制备。传统的高温固相法,能以ZnO、H3BO3、Eu2O3为原料,在900℃条件下,生成ZnB2O4:Eu3+。但通过对2ZnO·3B2O3·7H2O的TG-DTA曲线研究,发现在700℃条件下,2ZnO·3B2O3·7H2O可以转化为ZnB4O7:Eu3+,而在900℃条件下又可以转变为ZnB2O4:Eu3+。研究发现,TG没有失重,用热水洗涤除去B2O3后,由这种热转化法得到的ZnB2O4:Eu3+材料具有较好的分散性和较光滑的表面以及较高的纯度。

高温固相法(左)和热转化法(右).jpg

高温固相法(左)和热转化法(右)

  DSC技术可应用于燃烧催化剂的筛选。西北大学谢钢对不同组分的燃烧催化剂进行了DSC测试,根据DSC曲线峰位置的变化情况,找出了最佳催化效果的燃烧催化剂组分。

  燃烧催化剂的DSC测试曲线.jpg

  燃烧催化剂的DSC测试曲线

  热分析技术除了对物质转化的研究,还可以用于相图的构筑。

  相图是指采用的热力学变量不同构成不同的图。狭义相图是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图。它在物理化学、矿物学和材料科学中具有很重要的地位。广义相图是在给定条件下体系中各相之间建立平衡后热力学变量强度变量的轨迹的集合表达,相图表达的是平衡态,严格说是相平衡图。

  相图是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形,其所表示的相的状态是平衡状态。对于多相体系,各相间的相互转化(新相的形成、旧相的消失)与温度、压力、组成有关。根据实验数据可以绘制出表示对应的相图,从中可以直观看出多相体系中各种聚集状态和它们所处的条件(温度、压力、组成)。

  因此,相图是表达混合材料性质的一种很简便的方式。山东农业大学兰孝征小组在J. Phys. Chem. C上报道了研究工作“Size-Dependent Phase Behavior of the Hexadecane-Octadecane System Confined in Nanoporous Glass”。兰孝征采用差示扫描量热法和温度相关粉末X射线衍射研究了十六烷-十八烷 (n-C16H34-C18H38,C16-C18) 体系在块体和限制在受控多孔玻璃 (CPG) 中的固液相行为,并绘制出了固-液相图。

C16-C18体系的固-液相图.jpg

  C16-C18体系的固-液相图

  而之后在RSC Advances上报道的“Polymorphism of a hexadecane–heptadecane binary system in nanopores”工作研究了十六烷-十七烷 (n-C16H34-C17H36、C16-C17) 二元体系在纳米孔中的多态性。通过差示扫描量热曲线结果分析,发现相转变温度随孔径减小而降低,固-固相转变出现明显的削弱甚至消失。

不同组分十六烷-十七烷体系的DSC曲线.jpg

  不同组分十六烷-十七烷体系的DSC曲线

  河北师范大学武克忠在“相变贮热材料四氯合钴酸铵共析物的制备和热性能”中,通过研究不同C10Co质量分数的C10Co-C18Co的DSC曲线,克服盲目性与经验参半阶段,达到能设计材料,找出相变温度T范围在2.13到141.12J/g之间。

不同C10Co质量分数的C10Co-C18Co的DSC曲线(左)和相变相图(右.png

  不同C10Co质量分数的C10Co-C18Co的DSC曲线(左)和相变相图(右)

  武克忠课题组发表的其它二元体系还有C10Zn-C12Zn, C10Zn-C16Zn, C12Zn-C16Zn, C12Zn-C18Zn, C10Co-C16Co, C12Co-C16Co, C10Mn-C14Mn 和C12Mn-C16Mn等。

参考文献

Li Ping Wang, Qi Feng Li, Chao Wang, and Xiao Zheng Lan. Size-Dependent Phase Behavior of the Hexadecane–Octadecane System Confined in Nanoporous Glass.  J. Phys. Chem. C, 118(31), 18177-18186

Jian Suia, Shi Qi Zhanga, Min Zhaia, Fang Tiana, Jian Zhangb and Xiao Zheng Lan. Polymorphism of a hexadecane–heptadecane binary system in nanopores. RSC Adv., 7, 10737-10747

武克忠,孙晓龙,陈磊,阮北. 相变贮热材料四氯合钴酸铵共析物的制备和热性能[J]. 物理化学学报, 2015,31(7):1260-1264

Li-jun Qiao, Xia Wang, Zhi-Hong Liu. A series of Eu3+ doped Zn[B3O3(OH)5]·H2O/ZnB4O7/ZnB2O4 phosphors: Facile preparation and photoluminescence properties. Mater. Res. Bull., 70, 75-81.

崔成梅,雷鸽娟,李娜,耿艳敏,谢钢,陈三平. 石榴状Bi@C中空纳米复合材料的合成及性能研究 《中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会:纳米材料合成与组装》[C].,2014.

致谢:本文由西北大学教授高胜利所提供相关资料经编辑整理而成,特此致谢!

[来源:仪器信息网]
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编辑: 管晨光
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