Détermination précise de la chaleur spécifique par DSC

Afin d'obtenir des signaux aussi élevés que possible, il est recommandé d'utiliser des creusets et des couvercles ayant une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique élevée (comme l'aluminium, le platine ou le graphite) ainsi qu'une vitesse de chauffage relativement élevée de 10 ou 20 K/min. Les creusets en oxyde d'aluminium ne sont pas idéalement adaptés aux déterminations du _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}, car l'_Al2O3 devient transparent pour le rayonnement thermique à des températures plus élevées.

Il est important qu'il y ait un bon couplage thermique entre l'échantillon, le fond du creuset et le capteur. Pour ce faire, le fond du creuset doit être plat et la surface de contact entre l'échantillon et le creuset doit être la plus grande possible ( large ). L'idéal est d'utiliser des échantillons en forme de disque d'un diamètre de 5 à 6 mm par exemple et d'une hauteur d'environ 1 mm. S'il existe un risque de réaction de contact entre l'échantillon et le creuset métallique, il est possible d'utiliser des creusets en platine dotés d'un revêtement en _Al2O3, par exemple. Ces revêtements ont des parois beaucoup plus minces que les creusets en _Al2O3 conventionnels et n'ont qu'un effet mineur sur la sensibilité du système. Pour les températures finales proches de 1400°C ou plus, il est conseillé d'utiliser un disque d'_Al2O3 comme support pour les creusets Pt/Rh afin d'éviter que les creusets ne collent aux zones de support des porte-échantillons. De plus amples informations sur ce phénomène sont disponibles ici.

Pour les échantillons pulvérulents, il est recommandé d'appuyer sur la poudre avec un tampon.

En ce qui concerne la masse de l'échantillon, il est avantageux que les "masses thermiques" du saphir et de l'échantillon soient à peu près équivalentes, c'est-à-dire

Selon la norme ASTM E 1269, la masse de l'échantillon ne doit pas avoir changé de plus de 0,3 % lors d'un nouveau pesage de l'échantillon après la fin de l'expérience. Dans le cas contraire, la mesure doit être rejetée. Cette affirmation repose sur le fait que seule la masse initiale de l'échantillon est prise en considération dans la formule de calcul. Si des changements de masse plus importants se produisent, pour être strictement correct, la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique devrait être recalculée dans la partie suivante de la courbe avec une masse initiale modifiée.

Il convient de veiller à ce que la position du creuset soit reproductible entre la ligne de base, le saphir et l'échantillon. Des positions significativement différentes du creuset sur le capteur peuvent avoir une influence négative sur l'incertitude des résultats.

Pour les déterminations de _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}, des exigences élevées sont posées au profil de température du four afin de garantir les conditions de température les plus homogènes possibles à l'intérieur. Outre le four compact et rapide du DSC 204 F1 Phoenix^® ®, les fours Pt/Rh jusqu'à 1500°C, le four Rh jusqu'à 1650°C, le four basse température jusqu'à 675°C (élément chauffant en argent) sont les mieux adaptés au DSC 404/STA 449.

a) Dynamique

Deux programmes de température différents sont disponibles pour la détermination classique du _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} (figure 2). Ce que les deux programmes de température ont en commun - avant le chauffage d'intérêt - est une phase IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme de 10 à 15 minutes pour la stabilisation de la température de départ.

b) Isotherme

Le comité technique international de l'ASTM travaille actuellement à l'élaboration d'une nouvelle norme (ASTM E 37 ; le^troisième projet a été publié en août 2008) pour la détermination de la capacité calorifique spécifique au moyen de la DSC à modulation de température. La plage de température est ici limitée à -100°C à 600°C. L'évaluation est effectuée dans les segments isothermes (exemple de programme de température dans la figure 3).

Dans les modes dynamique et IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme, il est généralement préférable d'éteindre le STC (contrôleur de la température de l'échantillon) pendant la mesure.

Un nouvel étalonnage de la sensibilité est établi par la mesure de la ligne de base et du saphir dans un triplet _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}. L'intégration d'une courbe de sensibilité dans les mesures n'est donc pas nécessaire ; il suffit d'activer l'étalonnage de température correspondant. Jusqu'à une température d'environ 1200°C, la précision des données _cp déterminées est généralement d'environ +/- 2,5 %. Pour des températures encore plus élevées, la précision diminue. Pour vérifier les valeurs mesurées, il s'est avéré favorable de mesurer deux saphirs de masses différentes, c'est-à-dire d'utiliser un saphir comme étalon et le second comme échantillon. Les résultats devraient correspondre aux valeurs théoriques de _cp pour le saphir.