TG的基本原理
熱重分析（thermogravimetric analysis,， TG或者TGA）是指在程序控溫條件下測量待測樣品的質(zhì)量與溫度變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，可以用來研究材料的熱穩(wěn)定性和組分,。
注：之所以定義為質(zhì)量的變化而非重量變化是基于在磁場作用下,，強(qiáng)磁性材料達(dá)到居里點(diǎn)時，雖無質(zhì)量變化，卻有表觀失重,。
圖一 熱重分析儀的圖示
TG可以做什么,？
從其原理我們知道，TG分析的是溫度和樣品質(zhì)量之間的關(guān)系,，那么在溫度變化過程中,，存在質(zhì)量變化的反應(yīng)，基本都能夠通過TG表現(xiàn)出來,。在實際中這樣的反應(yīng)包括：1）物理變化,，如蒸發(fā)、升華,、吸收,、吸附和脫附等；2）化學(xué)反應(yīng),，TG也可提供有關(guān)化學(xué)現(xiàn)象的信息,，如化學(xué)吸附、脫溶劑(尤其是脫水),、分解和固相-氣相反應(yīng)(如氧化或還原)等,。
一般說來TG只能分析在溫度變化過程中存在質(zhì)量變化的反應(yīng)，但是實際中很多反應(yīng)在溫度變化過程中是不存在質(zhì)量變化的,，比如相轉(zhuǎn)變(如石英的α向β相轉(zhuǎn)變),，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變等，此時可以結(jié)合DSC或DTA來進(jìn)行分析(因為發(fā)生相轉(zhuǎn)變過程中存在吸/放熱)
具體來講TG主要用于這四個方面：
1）通過分析材料的分解模式來解析其特性,；
2）研究材料的降解機(jī)制及反應(yīng)動力學(xué),；
3）測定樣品中有機(jī)物的含量；
4）測定樣品中無機(jī)物的含量,。
這些方法可以用來驗證材料的結(jié)構(gòu)或者也可以對材料進(jìn)行化學(xué)成分分析,。其中TG技術(shù)在高分子材料中應(yīng)用尤為廣泛如：熱塑性塑料、熱固性材料,、人造橡膠,、復(fù)合材料、塑料薄膜,、纖維,、涂料和油漆等。
TG的測試流程
圖二 TG測試常用流程圖
TG曲線實例分析
一,、TG與DTA的聯(lián)用技術(shù)用于對反應(yīng)過程分析
如下圖所示,，研究者結(jié)合TG和DTA對α-MnO2在高溫下的晶型轉(zhuǎn)變進(jìn)行了探索。從圖三可以看出,，400℃時出現(xiàn)*次質(zhì)量損失（1.9%）,，對應(yīng)于分解水的脫去,；在530℃下，出現(xiàn)第二次質(zhì)量損失,，對應(yīng)于O2的釋放,，從而推測此處出現(xiàn)了α-MnO2到方鐵錳礦相(Mn2O3)的轉(zhuǎn)變；870℃下的吸熱峰則對應(yīng)于晶型向黑錳礦(Mn3O4)晶型轉(zhuǎn)變,。
圖三 TG-DTA聯(lián)用
二,、TG法用于確定樣品的熱處理溫度
圖四所示是一種利用空氣刻蝕技術(shù)對石墨烯基面造孔，從而引入微/介孔的實驗結(jié)果,。該研究者利用TG測試技術(shù)（指圖中-●-線）,，但需要說明的是，此處只是利用6個不同溫度下條件下,，保溫10小時后所剩石墨烯質(zhì)量進(jìn)行繪制圖形的結(jié)果,，與一般意義上的程序控溫有些不同。根據(jù)圖四,，發(fā)現(xiàn)在440℃左右開始出現(xiàn)大的質(zhì)量損失,，證明此處是石墨烯被空氣刻蝕開始的溫度，證明440℃下,，既能夠保證石墨烯基面能夠被刻蝕,，又不會出現(xiàn)石墨烯被*燒掉的情況，保證了zui終能夠得到具有基面微/介孔的石墨烯材料,。
圖四 TG用于確定反應(yīng)溫度
三,、運(yùn)用TG技術(shù)調(diào)查燃料的點(diǎn)火溫度和燃燒溫度
此處為對以竹子為固體燃料的測試,。在不同升溫速率下,，對其進(jìn)行了熱重分析。由圖五可知,，兩處不同的質(zhì)量損失段分別對應(yīng)于不同的反應(yīng),。其中，在溫度為200-350℃為竹子中綜纖維素和木質(zhì)素的燃燒分解所致,，在溫度為350-500℃的質(zhì)量損失則對應(yīng)于所剩木質(zhì)素和碳的燃燒,。
圖五 利用TG進(jìn)行分析燃料的點(diǎn)火溫度和燃燒溫度
此外，利用TG可以分析一些亞穩(wěn)材料的熱穩(wěn)定性,。
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