实验报告—差热分析.doc

南昌大学实验报告(样 本)学生姓名： 学 号： 5702106* 专业班级： 无机材料062班 实验类型： 演示 验证 综合 设计 创新 实验日期：2008-10-30 实验成绩： 实验四 差热分析一.实验目的与内容1.了解差热分析法的基本原理和差热分析仪的基本构造；2.掌握差热分析仪的使用方法；3.测定Zn4-1.5xEuxB6O13与Zn4-1.5xTbxB6O13试样前驱体的差热谱图,并根据所得到的差热谱图,分析样品在加热过程中发生的化学变化。二.实验原理许多物质在被加热或冷却的过程中,会发生物理或化学等的变化,如相变、脱水、分解或化合等过程。与此同时,必然伴随有吸热或放热现象。把这种能够发生物理或化学变化并伴随有热效应的物质,与一个对热稳定的、在整个变温过程中无热效应产生的基准物(或称参比物R)在相同的条件下加热(或冷却)时,在样品S和基准物R之间就会产生温度差,通过测定这种温度差可了解物质变化规律,从而确定物质的一些重要物理化学性质(Differential Thermal Analysis,DTA)的分析方法,称为差热分析。差热分析是在程序控制温度下,试样S和参比物R的温度差与温度关系的一种技术。差热分析原理如图4-1所示。 图4.1 差热分析原理图 图4.2 DTA曲线及T曲线 三.主要仪器设备及耗材仪器:SDT Q600差热/热重同步热分析仪,美国(TA)公司；不同规格镊子数把；高铝瓷坩埚2个；试剂:被测样品为Zn4B6O13:Eux与Zn4B6O13:Tbx试样前驱体,实验前用玛瑙研钵研成粒度均匀的粉末(粒度为100-300目)。四.实验步骤与操作规程(同热重分析实验,可考虑略去)1.检查周围环境及仪器状态。要求室内环境温度为235,在 SDT 和控制器之间进行所有必要的电缆连接,连接所有气体线路,接通各装置的电源,将控制器连接到仪器,熟悉控制器的操作,校准 SDT(如果必要)。2.设置净化气体。主净化气体应该限制为常用的、最好是惰性气体(如氮气、氩气等)。推荐的流量设置为100 ml/min。辅助净化气体主要为引入更具反应性的气体,其流速通常低于主净化气体,推荐的流量设置为20 ml/min。3.设定所需的SDT模式及要保存的信号(热流、重量和/或Delta T)等。4.选择并准备样品。这包括准备一个适当大小的样品并将其放到测试杯中。5.选择、加载并在天平上皮重称量SDT测试杯(包括样品测试杯和参照测试杯)。6.通过 TA 控制器输入实验和过程信息,其中包括样品信息和仪器信息。7.关闭炉子。8.开始实验。9.停止实验如果由于某种原因,需要终止实验,可随时通过按下触摸屏上的 STOP 键或通过仪器控制软件选择停止来中止实验。另一种能停止实验的功能是拒绝。可是,“拒绝”功能会丢失从实验中获取的所有数据；“停止”功能会保存在停止实验之前收集的任何数据。注意事项：(同热重分析实验,可考虑略去)1.对于 DSC-TGA 实验,必须使用陶瓷(氧化铝)90l 测试杯。2.严禁在SDT炉子中使用H2或任何腐蚀、易燃性气体,炉子必须远离挥发性的易燃碳氢化合物。3.样品中尽量不要含有氟(F)元素；挥发性样品必须加盖子。4.加载样品时,请从横梁上取下测杯,如果样品材料溢出到平台上,会对平台导致永久性的污染。5.不要将炉子加热到高温来清洁测试杯,而是在炉子外面清洁。另外,不要将炉子长时间处于高温(1000以上)的状态下,否则会缩短炉子的使用寿命。6.严禁使用腐蚀性化学药品、腐蚀性清洁剂、钢丝棉或任何粗制材料来清洁触摸屏。五.影响差热分析的主要因素(可考虑缩写为350400余字)差热分析操作简单,但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量,或不同的人在同一仪器上测量,所得到的差热曲线结果有差异。峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。其主要原因是因为热量与许多因素有关,传热情况比较复杂所造成的。一般说来,一是仪器,二是样品。虽然影响因素很多,但只要严格控制某种条件,仍可获得较好的重现性。 1.气氛和压力的选择 气氛和压力可以影响样品化学反应和物理变化的平衡温度、峰形。因此,必须根据样品的性质选择适当的气氛和压力,有的样品易氧化,可以通入N2、Ar等惰性气体。 2.升温速率的影响和选择 升温速率不仅影响峰温的位置,而且影响峰面积的大小,一般来说,在较快的升温速率下峰面积变大,峰变尖锐。但是快的升温速率使试样分解偏离平衡条件的程度也大,因而易使基线漂移。更主要的可能导致相邻两个峰重叠,分辨力下降。较慢的升温速率,基线漂移小,使体系接近平衡条件,得到宽而浅的峰,也能使相邻两峰更好地分离,因而分辨力高。但测定时间长,仪器要求高灵敏度。一般情况下选择8-12min-1为宜。3.试样的预处理及用量 试样用量大,易使相邻两峰重叠,降低了分辨力。一般尽可能减少用量,最多大至毫克。样品的颗粒度在100目-200目左右,颗粒小可以改善导热条件,但太细可能会破坏样品的结晶度。对易分解产生气体的样品,颗粒应大一些。参比物的颗粒、装填情况及紧密程度应与试样一致,以减少基线的漂移。 4.参比物的选择要获得平稳的基线,参比物的选择很重要。要求参比物在加热或冷却过程中不发生任何变化, 整个升温过程中参比物的比热、导热系数、粒度尽可能与试样一致或相近。常用(-Al2O3)或煅烧过的MgO或石英砂作参比物。如分析试样为金属,也可用金属镍粉作参比物。如果试样与参比物的热性质相差很远,则可用稀释试样的方法解决,主要是减少反应剧烈程度；如果试样加热过程中有气体产生时,可以减少气体大量出现,以免使试样逸出。六.实验数据及处理结果(要求作详实的数据分析,并得出确切的结论或结果)1.Zn4B6O13:REx前驱体干凝胶粉的TGA/DSC谱图分析(1)如图所示是Zn4-1.5xEuxB6O13前驱体干凝胶粉的TGA/DSC曲线。(2)如图所示是Zn4-1.5xTbxB6O13前驱体干凝胶粉的TGA/DSC曲线。七.思考题1.影响差热分析结果的主要因素有哪些? 2.升温过程与降温过程所做的差热分析结果相同吗?3.根据Zn4-1.5xRExB6O13的化学性质、讨论各峰所代表的可能反应,写出反应方程式,找出其对应的温度。(选解)3.解：第1组峰：2H3BO3 HBO2 H2B4O7 B2O3+3H2O 第3组峰：xRE2O3 Zn4B6O13 Zn4-1.5xRExB6O13六.实验数据及处理结果1.Zn4B6O13:REx前驱体干凝胶粉的TGA/DSC谱图分析(1)图4所示是Zn4B6O13:Eu0.06的前驱体干凝胶粉的TGA/DSC曲线。以DSC曲线的变化为讨论依据。该曲线显示的反应过程可能是:在DSC曲线有4个明显热效应峰,第1个吸热峰的峰值位于141.55。此吸热峰可能由下述因素引起的,前驱体干凝胶粉中吸附水的脱附,Zn(NO3)2和Eu(NO3)3的结晶水的失去后, 吸热峰的峰值接近H3BO3熔点温度(H3BO3熔点:m.p=1491);第2和第3个吸热峰的峰值分别位于576.39和631.71,可能是因Zn(NO3)2和Eu(NO3)3分解成ZnO和Eu2O3引起的。第4个热效应峰是个明显的放热峰,该放热峰从765.71变化到865.71,峰值为786.61。由上述反应过程和分解产物,可推论在此温度范围能合成出Zn4B6O13:Eu0.06光致荧光粉,因此认为Zn4B6O13:Eu0.06光致荧光粉的适宜灼烧温度为760-860之间。由TG曲线可知:从Zn4B6O13:Eu0.06前驱体干凝胶粉的吸附水的脱附,Zn(NO3)2和Eu(NO3)3的结晶水的失去及分解成ZnO和Eu2O3的反应过程的总失重率为44.72%。 (2).Zn4B6O13:Tb前驱体干凝胶粉的TGA/DSC分析图5所示是Zn4B6O13:Tb0.04的前驱体干凝胶粉的TGA/DSC曲线。以DSC曲线的变化为讨论依据。该曲线显示的反应过程是:在DSC曲线有5个明显热效应峰。第1个吸热峰的峰值位于131.15,由于该吸热峰的峰值接近H3BO3熔点温度(H3BO3熔点:1491),可推断该吸热峰可能由下述因素引起的,如前驱体干凝胶粉中吸附水的脱附,Zn(NO3)2和Tb(NO3)3的结晶水的失去后;第2和第3个吸热峰的峰值分别位于579.96和629.17,可能是由于Zn(NO3)2和Tb(NO3)3分解成ZnO和Tb4O7引起的。第4与第5个热效应峰是一个明显的放热峰,而第4个放热峰从747.51变化到842.22,峰值为770.84,第5个放热峰从842.2变化到870.00,峰值为846.57,这可能是在形成Zn4B6O13晶相的同时,形成如Zn(BO2)2和Zn3