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納米材料的熱物性測量-熱分析應用
閱讀：896 發布時間：2020-11-4前言：納米材料在制備、合成及產品質量控制過程中的熱學性質可通過多種熱分析技術進行表征。例如，碳納米管材料熱物性的定量測試主要包括熱擴散系數、導熱系數、熱膨脹系數及比熱值，但這些數值往往不在預期的范圍內，特別是熱傳導性的測試遠遠低于預期值。通過多種熱分析、熱物性測量手段的結合，可以對納米材料的特殊性質進行深入、全面的探討。
1. 量熱法，如 DSC 和同步熱分析（TG-DSC）可用于研究納米金屬粉末或者金屬模板中納米束的熔融、納米材料的溫度誘導反應及其穩定范圍。
碳納米管的熱穩定性利用同步熱分析法（TG-DSC）可以有效研究不同氣氛對粉末樣品熱學行為的影響。如圖1所示，兩個碳納米管樣品的熱穩定性在氧化性條件下表現出明顯的差別，這主要取決于它們的制備條件。兩個樣品的測試顯示組分中均含有約92.67％的氧化性碳，在400～750℃溫度范圍內燒失。但是，與CNT相比，改良型CNT樣品在氧化開始前的揮發性組分含量高出10 倍左右，而剩余質量（灰份）在1000℃時低3倍左右。這些CNT樣品氧化過程的溫度范圍遠遠低于金剛石樣品。
2. 熱膨脹法可用于研究納米金屬粉末的燒結過程。
納米粉末的燒結將三種鈦酸鋇粉末分別研磨至不同尺寸的納米級微粒，利用熱膨脹儀進行測試（升溫速率：3K/min）。如圖4所示，顆粒尺寸對燒結溫度范圍有著明顯的影響，對于不含粘合劑的鈦酸鋇陶瓷，其燒結溫度降低幅度超過80℃，同時，燒結機理也發生相應變化（見CTE曲線）。
結論：熱分析技術和熱物性測試可以提供納米材料的多種信息，對這些納米材料的表征可以幫我們獲得熱效應、穩定性、氧化行為、燒結行為等多種熱物性數據。特別是熱傳導性的測試可以利用CNT的定向效應來改善高分子復合物的導熱性能。陶瓷和冶金粉末樣品中粘合劑的燒失與燒結也可通過熱分析測試與動力學分析進行有效的優化。