آنالیز گرمایی (Thermal analysis) به روش هایی گفته میشود که مشخصات یا تغییرات مشخصات مواد در اثر حرارت را اندازه گیری میکنند. آنالیز گرمایی واکنشهای مواد در مقابل جریان انرژی حرارتی در داخل یا خارج مواد جامد را بررسی میکند. به این واکنشها تحولات حرارتی میگویند. تحولات حرارتی ممکن در یک ماده جامد را میتوان با افزایش حرارت آن از صفر مطلق (صفر کلوین) مورد بررسی قرار داد. مشخصات قابل تغییر، بعد، جرم، حالت و رفتار مکانیکی هستند. روشهای آنالیز حرارتی نسبتاً سادهاند زیرا تغییر دادن دمای نمونه در مقایسه با بررسی نمونه توسط پرتو ایکس پرانرژی و پرتوهای الکترونی یا یونی در روش های طیف سنجی، از پیچیدگی کمتری برخوردار است. انواع این روش ها عبارتند از : وزن سنجی حرارتی (TGA) ، آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) و کالری سنجی روبشی افتراقی (DSC) بیشتر برای بررسی تجزیه مواد از طریق ثبت و ردیابی تغییر جرم آن در اثر دما به کار میرود. DSC و DTA به طور گسترده برای بررسی تغییرات فازی مواد به کار میروند. در جدول زیر روش های متداول آنالیز حرارتی فهرست شده است.
روش | نام اختصاری | اندازه گیری |
وزن سنجی حرارتی | TGA | تغییر جرم |
آنالیز حرارتی افتراقی | DTA | اختلاف دما |
کالری سنجی روبشی افتراقی | DSC | شار حرارتی |
انبساط سنج | – | تغییر طول یا حجم |
آنالیز ترمومکانیکی | TMA | تغییر شکل |
آنالیز مکانیکی پویا | DMA | تغییر شکل |
در صفر مطلق، ماده جامد فاقد هرگونه انرژی حرارتی است، به این معنا که اتمهایش ایستا هستند. هیچ نوع ارتعاش یا گردشی در پیوندهای اتمی آن وجود ندارد. در اثر افزایش دما، انرژی حرارتی جذب شده در ماده جامد موجب افزایش ارتعاشات و گردش پیوندهای اتمی آن میشود. زمانی که میدان نوسان ارتعاشات به سطح مشخصی میرسد، در صورتیکه ماده جامد در محیط خنثی و بیاثر قرار داشته باشد، میتوان شاهد تغییراتی در ماده جامد بود که عبارتند از : تغییر فاز ماده جامد، تبدیل شیشهای، ذوب شدن، تصعید و تجزیه حرارتی.
تغییر فاز ماده جامد برای جامداتی روی میدهد که در دماهای مختلف دارای حالت های بلوری متفاوت است. برای مثال، آهن خالص در زمانی که دما به 912 درجه سانتیگراد میرسد، ساختار بلوری خود را از مکعبی مرکزدار (bcc) به مکعبی سطوح مرکزدار (fcc) تغییر میدهد. در مواد جامد غیربلوری (آمورف)، تبدیل شیشهای رخ میدهد. ماده جامد سخت غیربلوری با افزایش دما ممکن است به ماده جامد لاستیک مانند، تبدیل شود. تبدیل شیشهای یکی از مشخصات مهم مواد پلیمری است. ذوب شدن به معنای تحول ماده از جامد به مایع و تصعید به معنای تحول ماده از جامد به گاز است.
تجزیه حرارتی به تغییر ماده جامدی گفته میشود که دارای بیش از یک نوع اتم یا مولکول است. با افزایش دما، پیوند اتمها به قدری ضعیف میشود که اجزای خاصی از ماده جامد به فضای اطراف آزاد میشود و بقیه اجزاء موجب شکل گیری نوع جدیدی از ماده جامد میشوند. برای مثال، 3CaCO در محدوده دمای مشخصی به CaO جامد و 2CO گازی تجزیه میشود. جدول2 نشان دهنده تحولات حرارتی خاصی است که ممکن است در اثر گرما دادن ماده جامد A در اتمسفر خنثی به وجود آید. جریان گرما بین ماده جامد و فضای اطراف آن در دمای خاص، به عنوان تغییر آنتالپی ( در جدول2 عنوان شده است. تغییر آنتالپی، گرمای جریان یافته به درون یا بیرون ماده جامد را در فشار ثابتی اندازه گیری میکند. به طور معمول، تحولات حرارتی ایجاد شده در فضای دارای فشار ثابت، در دستگاه های آنالیز حرارتی بررسی و آنالیز میشوند.
تحول حرارتی | واکنش | جریان گرما | تغییر جرم در جامد |
تغییر شکل فاز جامد | (جامد β)A (جامد α)A | + یا – | خیر |
انتقال شیشه ای | (لاستیک)A (شیشه)A | خیر | خیر |
ذوب | (مایع)A (جامد)A | + | خیر |
تصعید | (گاز)A (جامد)A | + | بله |
تجزیه حرارتی | (گاز)C + (جامد)B (جامد)A | + یا – | بله |
عاملهای تجربی موثر در نتایج آنالیزهای حرارتی (آنچه باید قبل از انجام آنالیز حرارتی بدانید)
تعریف آون(فور) آون یا فور خشک کننده یکی از وسایل ضروری در آزمایشگاه ها است که برای خشک کردن و استریل کردن ظروف شیشه ای و فلزی به کار برده میشود. آون(فور) در تمام آزمایشگاه های پژوهشی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد و اینکه چه طور وسایل آزمایشگاهی و مواد را خشک و یا […]
پیشرفت های گسترده ای در فناوری لایه های نازک روی داده است که در بخش های مختلف صنعت کاربرد گسترده ای دارد. تا به امروز روش های مختلفی برای ساخت لایه های نازک معرفی شده است که روش کندوپاش (Sputtering) یکی از انواع روش های لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition – PVD) محسوب […]
امروزه یک امر مهم در صنعت، داشتن دستکش کار (دستکش ایمنی) است ، زیرا دست اولین عضوی است که در معرض اسیب قرار میگیرد و بیشترین صدمات کاری را به خود اختصاص میدهد. یرای هر صنعت و شغل ، دستکش کار مخصوص به آن وجود دارد. شما ممکن است در صنعت شیمیایی مشغول به فعالیت […]
برهمکنش پرتو الکترونی با ماده میکروسکوپهای الکترونی ابزاری مناسب و کارآمد برای کسب اطلاع از ساختار مواد در دنیای نانو هستند. آنها با توجه به ماهیت نور مرئی و اساس کار میکروسکوپهای نوری نسبت به این گونه میکروسکوپها ارجحیت دارند. همان طور که میدانید طول موج نور مرئی بین 400 تا 700 نانومتر است، در […]