DSC(差示掃描量熱儀)的基本原理與應用

2023/10/13

DSC基本原理

圖1 為DSC 裝置的結構圖。

圖1. DSC簡易結構示意圖

DSC是指按照一定程序控制樣品和參考物的溫度變化，並將輸入給兩物質的熱流差作為溫度的關係進行測量的技術。如圖1 所示，樣品及參考物的支架部分經由熱阻及均熱塊，與加熱爐相結合的形式構成DSC裝置。匹配加熱或冷卻速度相應的，將一定的熱量從樣品容器的底部，透過熱傳導輸送給放在爐內的樣品和參考物。這時，流入樣品的熱流與均熱塊和支架的溫差成正比。而相較與樣品，均熱塊具有很大的熱容量。因此，當樣品發生熱變化時，可吸收或補償因該熱變化引起的降溫或升溫，從而使樣品與參考物之間的溫差保持恆定。因此，單位時間輸送給樣品與參考物的熱量差，與兩個支架的溫差成正比。用已知熱量的物質，預先校正溫差與熱量之間的關係，就可以測出未知樣品的熱量。作為參考，表1 列出了利用DSC方法可檢測的主要現象。

表1. 利用DSC方法可檢測的主要現象

聚乙烯的熔融測量

五種密度不同的聚乙烯之DSC測量結果，如圖2所示。在DSC方法中，由熔融時觀測到峰值時的溫度，便可以求出熔融溫度(Tm)，同時還可以由峰面積求出熔融熱量焓(ΔHm)。根據圖2的測量結果求出的峰頂溫度和熱焓與密度的關係曲線，如圖3 所示。從這些結果可以看出，密度不同，聚乙烯的熔融溫度、熔融熱焓也隨之各自不相同。密度越高，其熔融溫度、熔融熱焓也就隨著增大。

圖2. 不同密度的聚乙烯之DSC測量結果