팁 및 유용한 정보

DSC를 통한 비열의 정밀한 측정

비열 용량이 높은 재료는 주어진 양의 에너지가 투입될 때 온도가 약간만 변합니다.

시차 주사 열량 측정법을 통해 비열을 정확하고 성공적으로 측정할 수 있는 방법을 보여드리겠습니다. 이 방법은 ASTM E 1269, DIN 51 007 또는 ISO 11357-4(특히 플라스틱의 경우)를 포함한 다양한 표준에 설명되어 있습니다.

측정 횟수

DSC 및 온도 변조(TM-) DSC를 통한 모든 비열 용량 측정은 기준선, 표준 및 샘플 측정의 세 가지 측정으로 구성됩니다. 기준 측의 도가니는 항상 비어 있는 상태로 유지됩니다. 일반적으로 사파이어(_α-Al2O3 단결정)가 표준으로 권장되지만, CP 값이 알려진 다른 물질도 사용할 수 있습니다. 항공 분야와 같은 특수 응용 분야의 경우 표준에는 다른 재료(예: ASTM D 4816의 n-헵탄 또는 ASTM D 3947의 디페닐 에테르)에 대한 데이터도 포함됩니다.

세 가지 측정은 모두 동일한 조건에서 수행해야 합니다. 여기서 가장 중요한 점은 다음과 같습니다:

가능한 한 높은 신호를 얻으려면 열전도율이 높고(알루미늄, 백금 또는 흑연 등) 가열 속도가 10 또는 20 K/min으로 비교적 높은 도가니 및 뚜껑 재료를 사용하는 것이 좋습니다. 산화 알루미늄 도가니는 _Al2O3가 고온에서 열 복사를 위해 투명해지기 때문에_{비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp} 측정에 적합하지 않습니다.

시료, 도가니 바닥, 센서의 열 결합이 잘 이루어지는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 시료와 도가니 사이의 접촉 면적이 가능한 한 large 넓고 평평한 도가니 바닥이 필요합니다. 예를 들어 직경 5~6mm, 높이 약 1mm의 디스크형 시료가 가장 이상적입니다. 시료와 금속 도가니 사이에 접촉 반응이 일어날 위험이 있는 경우, 예를 들어 _Al2O3 라이너가 있는 백금 도가니를 대안으로 사용할 수 있습니다. 이러한 라이너는 기존 _Al2O3 도가니보다 벽 두께가 상당히 얇고 시스템의 감도에 미치는 영향이 미미합니다. 1400°C 이상에 가까운 최종 온도의 경우, 시료 캐리어의 지지대에 도가니가 달라붙는 것을 방지하기 위해 _Al2O3 디스크를 Pt/Rh 도가니의 지지대로 사용하는 것이 좋습니다. 이 현상에 대한 자세한 배경 정보는 여기에서 확인할 수 있습니다.

분말 시료의 경우 스탬프로 분말을 누르는 것이 좋습니다.

시료 질량과 관련하여 사파이어와 시료의 "열 질량"이 거의 동일한 경우, 즉 다음과 같은 경우에 유리합니다

ASTM E 1269에 따르면, 실험 종료 후 시료의 무게를 재측정할 때 시료 질량이 0.3% 이상 변하지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 측정을 거부해야 합니다. 이 규정은 시료의 초기 질량만 계산 공식에 고려된다는 사실에 근거한 것입니다. 더 큰 질량 변화가 발생하면 엄밀히 말하면 비열 용량은 곡선의 다음 부분에서 변경된 초기 질량으로 다시 계산해야 합니다.

기준선, 사파이어 및 샘플 실행 사이에 재현 가능한 도가니 위치가 보장되어야 합니다. 센서의 도가니 위치가 현저하게 다르면 결과의 불확실성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

_CP 측정을 위해서는 내부에서 가능한 가장 균일한 온도 조건을 보장하기 위해 퍼니스의 온도 프로파일에 대한 요구가 높습니다. DSC 204 F1 Phoenix^® ®의 컴팩트하고 빠른 퍼니스와 함께 DSC 404/STA 449에 가장 적합한 것은 최대 1500°C의 Pt/Rh 퍼니스, 최대 1650°C의 Rh 퍼니스, 최대 675°C의 저온 퍼니스(은 가열 요소)입니다.

a) 동적

기존_CP 측정에는 두 가지 온도 프로그램을 사용할 수 있습니다(그림 2). 두 온도 프로그램의 공통점은 관심 대상을 가열하기 전에 시작 온도를 안정화하기 위해 10~15분간 등온 단계를 거치는 것입니다.

b) 등온

현재 ASTM 국제 기술 위원회는 온도 변조 DSC를 통한 비열 용량 측정을 위한 새로운 표준(ASTM E 37, 2008년 8월에^3차 초안이 발표됨)을 개발 중입니다. 여기서 온도 범위는 -100°C~600°C로 제한됩니다. 평가는 등온 세그먼트에서 수행됩니다(그림 3의 온도 프로그램 예시).

그림 3. TM-DSC를 통한 비열 용량의 등온 결정을위한 단계 프로그램의 예

동적 모드와 등온 모드 모두에서 일반적으로 측정 중에는 STC(시료 온도 컨트롤러)를 끄는 것이 가장 좋습니다.

새로운 감도 보정은 기준선 및 사파이어 측정을 통해 설정됩니다. 따라서 감도 곡선을 측정에 통합할 필요는 없으며, 관련 온도 보정을 활성화하는 것으로 충분합니다. 약 1200°C의 온도까지, 결정된_{비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp} 데이터의 정확도는 일반적으로 약 +/- 2.5%입니다. 온도가 더 높으면 정확도가 떨어집니다. 측정값을 검증하기 위해 질량이 다른 두 개의 사파이어를 측정하는 것, 즉 한 사파이어를 표준으로 사용하고 다른 사파이어를 샘플로 사용하는 것이 유리한 것으로 입증되었습니다. 결과는 사파이어의 이론적_CP 값과 일치해야 합니다.