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技術(shù)文章

納米材料的熱物性測(cè)量-熱分析應(yīng)用

閱讀:1032          發(fā)布時(shí)間:2020-11-4

前言:納米材料在制備、合成及產(chǎn)品質(zhì)量控制過程中的熱學(xué)性質(zhì)可通過多種熱分析技術(shù)進(jìn)行表征。例如,碳納米管材料熱物性的定量測(cè)試主要包括熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)及比熱值,但這些數(shù)值往往不在預(yù)期的范圍內(nèi),特別是熱傳導(dǎo)性的測(cè)試遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期值。通過多種熱分析、熱物性測(cè)量手段的結(jié)合,可以對(duì)納米材料的特殊性質(zhì)進(jìn)行深入、全面的探討。

1. 量熱法,如 DSC 和同步熱分析(TG-DSC)可用于研究納米金屬粉末或者金屬模板中納米束的熔融、納米材料的溫度誘導(dǎo)反應(yīng)及其穩(wěn)定范圍。

碳納米管的熱穩(wěn)定性利用同步熱分析法(TG-DSC)可以有效研究不同氣氛對(duì)粉末樣品熱學(xué)行為的影響。如圖1所示,兩個(gè)碳納米管樣品的熱穩(wěn)定性在氧化性條件下表現(xiàn)出明顯的差別,這主要取決于它們的制備條件。兩個(gè)樣品的測(cè)試顯示組分中均含有約92.67%的氧化性碳,在400~750℃溫度范圍內(nèi)燒失。但是,與CNT相比,改良型CNT樣品在氧化開始前的揮發(fā)性組分含量高出10 倍左右,而剩余質(zhì)量(灰份)在1000℃時(shí)低3倍左右。這些CNT樣品氧化過程的溫度范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金剛石樣品。

 

2. 熱膨脹法可用于研究納米金屬粉末的燒結(jié)過程。

納米粉末的燒結(jié)將三種鈦酸鋇粉末分別研磨至不同尺寸的納米級(jí)微粒,利用熱膨脹儀進(jìn)行測(cè)試(升溫速率:3K/min)。如圖4所示,顆粒尺寸對(duì)燒結(jié)溫度范圍有著明顯的影響,對(duì)于不含粘合劑的鈦酸鋇陶瓷,其燒結(jié)溫度降低幅度超過80℃,同時(shí),燒結(jié)機(jī)理也發(fā)生相應(yīng)變化(見CTE曲線)。

 

 

結(jié)論:熱分析技術(shù)和熱物性測(cè)試可以提供納米材料的多種信息,對(duì)這些納米材料的表征可以幫我們獲得熱效應(yīng)、穩(wěn)定性、氧化行為、燒結(jié)行為等多種熱物性數(shù)據(jù)。特別是熱傳導(dǎo)性的測(cè)試可以利用CNT的定向效應(yīng)來改善高分子復(fù)合物的導(dǎo)熱性能。陶瓷和冶金粉末樣品中粘合劑的燒失與燒結(jié)也可通過熱分析測(cè)試與動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)行有效的優(yōu)化。

 

 

 

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