15.12.2022 by Aileen Sammler
60 år av NETZSCH-Gerätebau: Förutsägelse av materialbeteende med Kinetics Neo
När vi närmar oss slutet av vårt företags årslånga 60-årsjubileum kommer vi under december månad att dela med oss av insikter i vår programvaras utvecklingshistoria. I samband med förberedelser, genomförande och utvärdering av termoanalytiska experiment blir det allt viktigare att kunna förutsäga materialets beteende. Det är här som programvaran NETZSCH Kinetics Neo kommer in i bilden!
Förutsägelse av materialbeteende och reaktionsprocesser
Material med exakt definierade egenskaper kan omvandlas till andra ämnen med andra egenskaper genom kemiska reaktioner. Reaktionerna kan äga rum inom bråkdelen av en sekund - som vid explosioner - eller ta hundratusentals år, som vid bildandet av mineraler. Detta beror på att processer som nedbrytning, Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning, KristalliseringKristallisation är den fysiska processen av härdning under bildandet och tillväxten av kristaller. Under denna process frigörs kristallisationsvärme.kristallisering och SintringSintring är en tillverkningsprocess för att forma en mekaniskt stark kropp av ett keramiskt eller metalliskt pulver. sintring av material är beroende av tid och temperatur. Kunskap om hur snabbt dessa processer går är därför viktig för att kunna simulera materialbeteende eller optimera en process.
Kinetik, även kallad reaktionskinetik eller kemisk kinetik, studerar hastigheten hos kemiska processer och gör det möjligt att bestämma reaktionshastigheter. Den tar också hänsyn till de faktorer som styr dessa reaktioner. Och en av de viktigaste faktorerna är temperaturen. Denna kunskap kan till och med rädda liv i slutändan, till exempel när det gäller kemiska industriprocesser som baseras på exoterma reaktioner.
Läs mer om detta: Termisk riskbedömning i kemiska processer: Kinetikmetoder för TD24 - NETZSCH Analys och testning
Första Kinetics-versionen redan tillgänglig på 80-talet
Dr Johannes Opfermann arbetade vid universitetet i Jena innan han började på NETZSCH 1991. Han utvecklade den första versionen av programvaran Thermokinetics, som stadigt har förbättrats under årtiondena och som fortsätter att vidareutvecklas än idag.
Precis som med vår Proteus®®-programvara var den första Kinetics-programvaran en 16-bitarsversion på 90-talet.
Under åren har programvaran genomgått en kontinuerlig utveckling parallellt med de nya moderna datorer, operativsystem och processorer som finns på marknaden.
År 2002 anslöt sig Dr. Elena Moukhina till företaget - idag är hennes huvudansvarsområde Kinetics Neo Software Business Field. En av hennes första uppgifter var att översätta programvaran från 16-bitars till 32-bitars - detta var starten för den andra versionen av Kinetics-programvaran, som kort därefter också fanns tillgänglig för Windows Vista och Windows 7 som version 3.
reaktioner på 1-, 2-, 5- 10- eller ännu högre nivå? Modellera de mest komplexa reaktionerna!
En stor nackdel vid den här tiden var programvarans användbarhet. Minsta lilla justering eller implementering av nya funktioner i den befintliga programvaran krävde enorma insatser. För kunderna var det svårt att använda Thermokinetics på ett intuitivt sätt utan föregående utbildning. Under 2017 beslutades därför att programvaran skulle byggas om helt och hållet från grunden.
Dr. Elena Moukhina och hennes kollegor på NETZSCH investerade mer än ett års utvecklingsarbete och gav programvaran en ny grund att stå på. Baserat på ett modernt Windows-baserat, intuitivt användargränssnitt och ett nytt programmeringsspråk eliminerades begränsningen av modeller. Sedan dess avgör programvaran på ett intelligent sätt om reaktionen måste vara enstegs-, femstegs-, tjugostegs eller något helt annat, och hur modellerna måste kopplas samman för att på bästa sätt modellera de komplexa reaktionerna.
Programvaran NETZSCH Kinetics Neo omfattar både modellfria och modellbaserade kinetiska metoder. Med modellbaserade metoder kan antalet reaktionssteg tillsammans med kinetiska parametrar bestämmas för varje enskild reaktion. Denna möjlighet erbjuds inte av någon annan programvara!
Analys av kinetiska processer med hjälp av Kinetics Neo - så här fungerar det
Det kan vara farligt att analysera large kemiska mängder i produktionsprocesser. Programvaran NETZSCH Kinetics Neo simulerar temperaturberoende processer på grundval av small mängder. Resultatet av en sådan analys är en kinetisk modell eller en metod som korrekt beskriver experimentella data under olika temperaturförhållanden. Användningen av denna modell möjliggör förutsägelse av beteendet hos ett kemiskt system under användardefinierade temperaturförhållanden. Dessutom kan sådana modeller användas för att bestämma processoptimering.
Programvaran analyserar olika typer av termoanalytiska kurvor, som representerar de uppmätta förändringarna i en viss materialegenskap under en process. Dessa metoder omfattar differentiell skanningskalorimetri (DSC), termogravimetrisk analys (TGA), dilatometri (DIL), dielektrisk analys (DEA), accelerating rate calorimetry (Kalorimetri med accelererande hastighet (ARC)Metoden beskriver isotermiska och adiabatiska testförfaranden som används för att upptäcka termiskt exoterma nedbrytningsreaktioner.ARC®), reologi och viskometri. En annan egenskap som särskiljer NETZSCH Kinetics Neo är att den är lätt tillgänglig - utan ytterligare förberedelser - för användning med termoanalytiska instrument från en mängd olika tillverkare.
Den första versionen av Kinetics Neo var uteslutande utvecklad för kemiska reaktioner. Kunderna vände sig till oss och frågade efter nya tillämpningsmöjligheter för förutsägelse av kinetiska processer. KristalliseringKristallisation är den fysiska processen av härdning under bildandet och tillväxten av kristaller. Under denna process frigörs kristallisationsvärme.Kristallisering är en av dem. Kinetisk modellering av kristallisation är viktigt för forskning och simulering av kristallisationshastigheten under olika temperaturförhållanden samt för industriella tillämpningar med termoplaster. Av denna anledning har vi nu implementerat kinetisk analys av polymerkristallisation i Kinetics Neo.
Ytterligare nya utvecklingar: Termisk simulering
I dag kräver våra kunder en intelligent mjukvarulösning med en mängd automatiserade funktioner baserade på artificiell intelligens. Allt detta håller för närvarande på att implementeras i Kinetics Neo. Programvaran gör det möjligt för befintliga och framtida kunder att inte bara analysera och simulera laboratorieprocesser på ett enkelt och exakt sätt, utan även att förutsäga storskaliga, industriella processer.
En överblick
Mer information om processmodellering, applikationsexempel, utbildning och en demoversion finns på vår webbplats på https://kinetics.NETZSCH.com/
I den här videon kan du lära dig mer om grunderna i och målen med termokinetisk analys och de unika funktionerna i programvaran Kinetics Neo: