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行業(yè)應(yīng)用 | 使用TA儀器深入了解儲能模量和損耗模量

閱讀:496      發(fā)布時間:2025-1-23
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簡介




在材料科學(xué)領(lǐng)域,,了解材料的黏彈性能對于開發(fā)和優(yōu)化產(chǎn)品至關(guān)重要。其中兩個關(guān)鍵參數(shù)是儲能模量(E'或 G')和損耗模量(E"或 G"),。這些參數(shù)分別提供了對材料剛度和阻尼特性的深入了解,,對于從聚合物和藥物到電池和復(fù)合材料等各種應(yīng)用都至關(guān)重要。在本文中,,我們將探討什么是儲能模量和損耗模量,、它們的意義,以及TA儀器的優(yōu)秀技術(shù)(包括Discovery HR30,、Discovery DMA 850,、ElectroForce DMA 3200和TRIOS 軟件)如何幫助研究人員和工程師應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。





什么是儲能模量和損耗模量,?






儲能模量(E'或G'):儲能模量是材料在變形過程中存儲能量的能力,,反映了材料的彈性或 “類固體 "行為。它表示材料在受力變形時能儲存多少能量,,并在力被移除后釋放掉,。儲能模量越高,意味著材料剛度越大,,抗變形能力越強(qiáng),。


損耗模量(E"或G"):損耗模量表征材料變形過程中以熱量形式耗散的能量,反映材料的黏性或 “類流體"行為,。它表示材料在受力變形時損失了多少能量,。損耗模量越大,說明材料的阻尼和能量耗散越大,。


G'和G"之間的關(guān)系非常重要,。如果G">G',則材料為液態(tài),。如果G'>G",,則材料為固態(tài),。這種關(guān)系可通過tan delta(G"/G')來量化,也稱為損耗角正切或損耗因子,,反映了黏彈性固體的阻尼特性,。


這些模量通常通過動態(tài)機(jī)械分析(DMA)或流變測量來確定,測量時對材料施加動態(tài)應(yīng)力或應(yīng)變,。




儲能模量和損耗模量的應(yīng)用







 聚合物


在聚合物科學(xué)中,,了解儲能模量和損耗模量有助于確定材料的特性,如柔韌性,、剛性和耐用性,。例如,用于汽車零件的聚合物必須具有較高的儲能模量以獲得剛度,,并具有適當(dāng)?shù)膿p耗模量以保證抗沖擊性,。





制藥


在制藥領(lǐng)域,藥物制劑的力學(xué)性能會影響其加工,、穩(wěn)定性和性能,。測量儲能模量和損耗模量有助于優(yōu)化給藥系統(tǒng),如液體懸浮劑,、水凝膠,、膠囊和緩釋固體貼劑。





電池


在電池行業(yè)中,,電極漿料在低頻時需要呈固態(tài)(G'>G"),,以保證穩(wěn)定性,防止沉淀,,而在高頻時則需要呈液態(tài)(G">G'),,以確保易于均勻涂覆。儲能模量和損耗模量之間的這種關(guān)系有助于漿料配方和工藝優(yōu)化,,從而成功制造電極,。





復(fù)合材料


在復(fù)合材料中,基體和纖維的儲能模量和損耗模量的高低決定了整體的力學(xué)性能,?;w的高儲能模量可確保剛度,同時通過控制損耗模量的大小則有助于在受到?jīng)_擊時耗散能量,。




TA儀器如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)






沃特世-TA儀器提供測量儲能模量和損耗模量的高級解決方案,幫助研究人員和工程師了解和優(yōu)化材料特性,。

Discovery HR 30混合型流變HR 30是業(yè)內(nèi)biaogan級的混合流變儀,,可提供精確、全面的流變數(shù)據(jù),。它可在旋轉(zhuǎn)和振蕩兩種模式下工作,,可對黏彈性能進(jìn)行詳細(xì)表征,。


振蕩模式

在這種模式下,流變儀對材料施加正弦應(yīng)力或應(yīng)變,,并測量由此產(chǎn)生的響應(yīng),。這樣就可以直接測量儲能模量(G')和損耗模量(G")。


溫度和專用附件

HR 30可根據(jù)材料和測試需要配置各種附件,,包括環(huán)境測試加熱爐,,用于在-150℃至600℃范圍內(nèi)進(jìn)行溫度控制。


高級功能

HR 30具有自動間隙設(shè)置,、法向力控制和多種溫度控制選項等先進(jìn)功能,,可確保測量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

Discovery DMA 850:Discovery DMA 850是一款高性能動態(tài)機(jī)械分析儀,,擅長測量材料的黏彈性能,。


動態(tài)測試

DMA 850對樣品施加動態(tài)振蕩力并測量其響應(yīng)。所得數(shù)據(jù)可提供有關(guān)儲能模量(E')和損耗模量(E")的詳細(xì)信息,。


溫度和頻率范圍

儀器可提供很寬的溫度范圍(-150℃至600℃)和頻率范圍(0.01Hz至200Hz)很寬,,適用于各種材料和測試條件。


夾具系統(tǒng)

DMA 850可配備各種夾具配件(如雙/單懸臂,、拉伸,、壓縮等),以適應(yīng)不同的樣品幾何形狀和測試模式,。

ElectroForce DMA 3200:ElectroForce DMA 3200將動態(tài)機(jī)械分析與ElectroForce®技術(shù)相結(jié)合,,可進(jìn)行精確測量。


電磁致動器

這些致動器可對力和位移進(jìn)行精確控制,,從而實現(xiàn)精確的動態(tài)機(jī)械分析,。


多功能測試

DMA 3200可以執(zhí)行各種測試,包括頻率掃描,、溫度掃描和應(yīng)力松弛測試,。


高靈敏度

儀器的高靈敏度和高分辨率使其適用于測量儲能模量和損耗模量的微小變化,即使是軟質(zhì)材料和柔性材料也不例外,。


TRIOS軟件:TRIOS軟件是與TA儀器配套使用的功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和分析平臺,。它提供實時數(shù)據(jù)可視化、高級數(shù)據(jù)擬合和模型擬合功能以及全面的報告工具,。利用TRIOS,,研究人員可以輕松分析和解釋儲能和損耗模量數(shù)據(jù),從而深入了解材料特性,。


實時數(shù)據(jù)可視化

TRIOS允許用戶實時監(jiān)控實驗,,確保數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確可靠。


高級數(shù)據(jù)分析

軟件提供用于高級數(shù)據(jù)擬合,、模型擬合和解析的工具,,幫助用戶了解復(fù)雜的材料行為,。


綜合報告

TRIOS可生成詳細(xì)的報告,便于分享和展示研究結(jié)果,。




結(jié)論






深入全面地了解儲能模量和損耗模量對于優(yōu)化各種應(yīng)用材料的機(jī)械性能至關(guān)重要,。TA儀器的Discovery HR 30、Discovery DMA 850,、ElectroForce DMA 3200和TRIOS軟件等技術(shù)和產(chǎn)品所提供的完整解決方案,,可為研究人員和工程師提供了精確測量和分析這些關(guān)鍵參數(shù)所需的工具。助力其開發(fā)出滿足聚合物,、藥物,、電池和復(fù)合材料特定需求的高性能材料。





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