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(lái)研究材料的熱穩定性和組分。
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(chǎng)作用下，強磁性材料達到居里點(diǎn)時(shí)，雖無(wú)質(zhì)量變化，卻有表觀(guān)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(guò)程中，存在質(zhì)量變化的反應，基本都能夠通過(guò)TG表現出來(lái)。在實(shí)際中這樣的反應包括：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，TG也可提供有關(guān)化學(xué)現象的信息，如化學(xué)吸附、脫溶劑(尤其是脫水)、分解和固相-氣相反應(如氧化或還原)等。
一般說(shuō)來(lái)TG只能分析在溫度變化過(guò)程中存在質(zhì)量變化的反應，但是實(shí)際中很多反應在溫度變化過(guò)程中是不存在質(zhì)量變化的，比如相轉變(如石英的α向β相轉變)，玻璃態(tài)轉變等，此時(shí)可以結合DSC或DTA來(lái)進(jìn)行分析(因為發(fā)生相轉變過(guò)程中存在吸/放熱)
具體來(lái)講TG主要用于這四個(gè)方面：
1）通過(guò)分析材料的分解模式來(lái)解析其特性；
2）研究材料的降解機制及反應動(dòng)力學(xué)；
3）測定樣品中有機物的含量；
4）測定樣品中無(wú)機物的含量。
這些方法可以用來(lái)驗證材料的結構或者也可以對材料進(jìn)行化學(xué)成分分析。其中TG技術(shù)在高分子材料中應用尤為廣泛如：熱塑性塑料、熱固性材料、人造橡膠、復合材料、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(xiàn)實(shí)例分析
一、TG與DTA的聯(lián)用技術(shù)用于對反應過(guò)程分析
如下圖所示，研究者結合TG和DTA對α-MnO2在高溫下的晶型轉變進(jìn)行了探索。從圖三可以看出，400℃時(shí)出現第一次質(zhì)量損失（1.9%），對應于分解水的脫去；在530℃下，出現第二次質(zhì)量損失，對應于O2的釋放，從而推測此處出現了α-MnO2到方鐵錳礦相(Mn2O3)的轉變；870℃下的吸熱峰則對應于晶型向黑錳礦(Mn3O4)晶型轉變。
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(shí)驗結果。該研究者利用TG測試技術(shù)（指圖中-●-線(xiàn)），但需要說(shuō)明的是，此處只是利用6個(gè)不同溫度下條件下，保溫10小時(shí)后所剩石墨烯質(zhì)量進(jìn)行繪制圖形的結果，與一般意義上的程序控溫有些不同。根據圖四，發(fā)現在440℃左右開(kāi)始出現大的質(zhì)量損失，證明此處是石墨烯被空氣刻蝕開(kāi)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(huì )出現石墨烯被完全燒掉的情況，保證了最終能夠得到具有基面微/介孔的石墨烯材料。
圖四 TG用于確定反應溫度
三、運用TG技術(shù)調查燃料的點(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)量損失段分別對應于不同的反應。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可以分析一些亞穩材料的熱穩定性。
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