Материалын туршилтын салбарт дифференциал сканнинг калориметрийн хамгийн чухал хэрэглээ

Мэдлэг Дифференциалчийн Сканируулах Калориметри болон материалын шинжилгээний үйл ажиллагааны үүрэг

Юу вэ? Дифференциалчийн Сканируулах Калориметри (ДСК)

Дифференциал сканнинг калориметри буюу товчхондоо DSC нь лабораторийн техник бөгөөд температур хяналттай өөрчлөгдөх үед жишиг материалын хооронд ямар их дулаан урсгадаг болохыг хэмжихэд ашигладаг. Эрдэмтэд эдгээр туршилт хийхдээ шинжилгээний үр дүнг халуулж, хүйтэн болгоход эрчим хүчийг шинжилгээний үеэр шинжилгээний үр дүнг нь шинжилгээний үеэр шинжилгээний үр дүнг нь шинжилгээний үеэр шинжилгээний үр дүнг нь шинжилгээний үе Энэ нь материалын чухал өөрчлөлтийг илрүүлэхэд тусалдаг. Жишээ нь, зүйл хуурайч, кристалл үүсэх, эсвэл шил шилжих хэцүү үеийг тусалдаг. DSC-г үнэхээр ашигтай болгосон зүйл нь тэр нь бид үнэндээ милливат/милиграммтай ажиллах боломжтой тоог өгдөг. Эдгээр хэмжилт нь тухайн бодисын цэвэр байдал, түүний дотор юу байгаа, температурын өөрчлөлтийн үед хэр тогтвортой байсныг шууд харуулдаг. ДТА гэх мэт ерөнхий чиг хандлагыг тодорхойгүйгээр харуулдаг хуучин арга зүйтэй харьцуулахад, ДСК нь үнэндээ энталпийн тодорхой өөрчлөлтийг (ΔH-ийн үнэ цэнэ) тооцоолдог. Эдгээр тоог мэдэх нь маш чухал, учир нь инженерүүд хэрэглээнийхээ тулд зөв материалыг сонгохдоо янз бүрийн материалыг хоорондоо харьцуулахын тулд тэдгээрийг хэрэгтэй байдаг.

DSC нь материалын дулаан шинж чанарыг тодорхойлох боломжийг хэрхэн олгодог вэ

DSC нь нарийвчлалтайгаар хяналт тавьсан халаах хурд, зөв эхлэлийн тохируулалтаас тодорхой болно. Энэ технологийн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшил нь одоо зөвхөн 0.1 микроват хүртэлх дулааны урсгалын өөрчлөлтийг олж авч чаддаг. Энэ нь судлаачид материалын фазын маш жижиг өөрчлөлтийг илрүүлж чадна гэсэн үг юм. 2024 оны дулааны шинжилгээний мэдээллийг саяхан судалсан бол полимерүүд хэрхэн давхар өөрчлөгдөж байгааг шалгахдаа ижил туршилт хэд хэдэн удаа давтагдахад ч DSC-ийн үзүүлэлт 2%-ээс багагаар өөрчлөгдөж байгааг харуулж байна. Тодорхой хэмжээгээр тохирсон тоног төхөөрөмжүүд ч маш чухал. Лабораторид ихэвчлэн индий, цинк зэрэг стандарт тодотгол шинжийг ашигладаг. Энэ нь өнгөрсөн жилийн Ponemon-ийн судалгаагаар алдааны хэмжээг +/- хагас градус Цельсий хүртэл бууруулдаг. Эдгээр шинж чанар нь DSC нь цаг хугацааны явцад кристаллын үүсэл үүсэл, хүчилжилтийн явцад юу болдог, шинэ материалыг хөгжүүлэхэд чухал ач холбогдолтой бусад бүх төрлийн дулааны шинж чанарууд зэрэг зүйлсийг судлахад яагаад чухал хэвээр байгаагаа тайлбарладаг.

Полимерт ялгааны сканны калориметрийн тусламжтайгаар шинж тэмдэглэх

Полимерт шил шилжих температурыг хэмжих (Tg)

Дифференциал сканнинг калориметрия буюу товчхондоо DSC нь полимерт шил шилжих температурын (Tg) талаар маш нарийвчлан өгүүлнэ. Энэ нь үндсэндээ материалын кристал бус хэсгүүд хатуу, эвдэрч байгаагаас зөөлөн, уян хатан болж өөрчлөгдөх явдал юм. Бид эдгээр туршилт хийхэд дулаан нь жижиглэгдэж, бага багаар халуун болох үед хэрхэн урсдаг талаар судалж, ихэвчлэн минутын дотор хагас градус, 30 градус дулаан хооронд байдаг. Тоног төхөөрөмж нь Tg цэгт орших эрчим хүчний жижиг өөрчлөлтийг олж илрүүлнэ. Лабораторид ПЭТ-ийн пластик гэх мэт нийтлэг зүйл дээр бүгд ижил DSC журмыг дагаж мөрдөх үед өөр өөр байгууллагуудын хооронд 10 хувиас бага ялгаа байдаг гэж тогтоосон. Гэхдээ онцгой тохиолдол ч чухал. Афинизоль гэх мэт усыг шингээдэг материалыг онцгой аргаар ашиглах хэрэгтэй. Ихэнх судлаачид усыг үнэлгээг нь сааруулахгүйн тулд галт хийгүй бодисээр дүүрэн бүрэн агаар хязгаартай савлуудад оруулдаг. Энэ арга нь цэвэрлэгээний стандартууд маш өндөр байдаг эмийн үйлдвэрлэлд сайн ажилладаг.

Полимер материалын кристаллин байдал, ургах хандлагыг шинжилгээ

DSC нь халуун эндотермийг нэгтгэн кристаллын байдлыг тодорхойлдог бөгөөд өндөр нягт байдлын полиэтилен (HDPE) нь ихэвчлэн 60~80% кристаллын агууламжтай байдаг. Хурдан сканжуулах DSC (2050°C·min−1) техник нь одоо уламжлалт аргаар алдагдал хүлээдэг нейлон-6-д мета тогтвортой кристаллын үе шат илрүүлэх боломжийг олгодог. Энэхүү техникийн дахин кристалзлах экзотермд мэдрэмж нь шингээн хэлбэрлэсэн полимерүүдийн боловсруулалтын температурыг сайжруулахад ч тусалдаг.

Термостойгорын полимерүүдийн хатуужилтын реакцийг хянах

Эпоксид шингэн үйлдвэрлэлд DSC нь экзотермийн дээд цэгээр дамжуулан хатуулах кинетикийг дагаж мөрдөж, халаах хурд нь (2.515 °C·min−1) нь хариу үйлдлийн идэвхжүүлэх энергитэй шууд хамааралтай байдаг. Сүүлийн үеийн хатуужилтын оптималжуулалтын судалгаанаас харахад DSC-ээс гаралтай цаг хугацаа, температурын өөрчлөлтийн (TTT) диаграмм нь полиуретаны буурцаг дахь хатуужилтын дараах алдааг 42% -иар бууруулдаг.

Жичгийн судалгаа: ДСК-тай полиэтилийн үйлдвэрлэлийн чанарын хяналт

Полимер үйлдвэрлэгч нэг компани нь полиэтилийн бөмбөгт DSC-д суурилсан кристаллин байдлыг шалгах аргыг хэрэгжүүлсний дараа партийн өөрчлөлтийг 31%-иар бууруулсан байна. Автоматжуулсан дээд талбайн алгоритмүүд нь одоо 12 минутын туршилтын эргэлтийн дотор урсалт энтальпийн ± 5%-ийг илтгэнэ ( зорилт: 290310 J·g−1).

Эм үйлдвэрлэлийн хөгжилд янз бүрийн сканны калориметрийн

Хар тамхины бодисын полиморф илрүүлэх, шалгах

ДСК гэдэг нь эмийн идэвхтэй бодисын янз бүрийн полиморф хэлбэрүүдийг олоход маш чухал. Эдгээр хэлбэрүүд нь эмнэлгийн бодисыг бие махбодод хэрхэн шингээж, шингээхэд ихээхэн нөлөөлж болно. Өнгөрсөн жил нийтлэгдсэн судалгаагаар маш харамсалтай зүйл илэрсэн. Эм үйлдвэрлэх 10 төсөлөөс долоон нь бүтэлгүйтдэг, учир нь энэ полиморф өөрчлөлтийг хэн ч анзаардаггүй. ДСК-г маш үнэ цэнэтэй болгодог зүйл нь материал нь фаз өөрчлөгдөх үед бага зэрэг эрчим хүчний өөрчлөлтийг олж авах чадвар юм. Энэ нь эрдэмтэд тогтворгүй гамма кристаллын хэлбэр, тогтвортой альфа кристаллын бүтэц зэрэг зүйлсийг ялгаж ялгаж ялгаж ялгаж ялгаж чадна. Эм үйлдвэрлэгч компаниудын хувьд энэ нь тэдгээрийн хөгжлийн үйл явцын эхнээсээ зөв полиморф сонгож, дараа нь бүх зүйлийг дахин хийхээс илүү их мөнгө хэмнэж чадна гэсэн үг юм.

Эмчилгээний хэрэглээний дэглэм Дулааны шинжилгээ

DSC нь API болон туслах бодисын хоорондын нийцүүлэлтийн шинжилгэлийг дулаан харилцан үйлчлэл нь хянах замаар хурдасгаж өгдөг. Эутексийн бүтэц нь температураас хамаарсан хольцлын асуудлыг илтгэнэ, харин ундны усгүйдлийн дээд цэг нь гигроскопийн туслах бодисын ургамлын нөлөөгөөр холилцошгүй байдлыг илтгэнэ. 2024 оны салбарын тайлангаар уламжлалт аргачлалд харьцуулахад DSC-ийг нийцүүлэн шалгахын тулд ашиглахдаа бэлтгэл загварыг сайжруулах эргэлтийг 60%-иар хурдан хийдэг гэсэн.

Тогтвортой байдлын туршилтын болон эдэлгээний хугацааны урьдчилсан таамаглалын тулд DSC-г ашиглах

Холимог сканн калориметрийн тусламжтайгаар материал нь цаг хугацааны явцад хүчилжилт, дахин кристалзлуур зэрэг процессуудээр хэрхэн эвдэрдэг талаарх тоо баримтыг олж авдаг. Энэ нь бүтээгдэхүүнүүд хэдэн цаг хадгалагдах талаар тодорхойлох хэрэгтэй юм. Эрдэмтэд бохирдолтой реакцийн үеэр идэвхжүүлэх эрчим хүчний түвшинг судалж, хэвийн нөхцөлөөс илүү хурдан хөгшрөх үед юу болохыг илүү сайн ойлгодог. 2023 онд хийсэн судалгаанаас ч гэсэн гайхалтай үр дүн гарсан. Тэд DSC-г ашиглан хийсэн таамаглал нь вакцинны шингэлийг янз бүрийн температурын нөхцөлд хадгалж байсан үед 95 орчим хувийн үнэн зөвтэй бодит хадгалах хугацааны туршилттай нийцсэн болохыг тогтоосон байна. Энэ төрлийн тохиролцоо нь компаниуд бүтээгдэхүүнийг уламжлалт аргачлалаас бараг хоёр долоо хоногийн өмнө зах зээлд гаргах боломжтой болж, хөгжлийн үе шатт цаг хугацаа, мөнгийг хэмнэх боломжийг олгодог.

ДСК-ийн хэрэглээ металл, элсэм, дэвшилтэт материалуудад

Эцсийн шилжилт болон халуунжуулалтын үр дагаврыг олох

Товчхондоо DSC буюу дифференциал сканинг калориметрия нь үйлдвэрлэгчдэд үйлдвэрлэлийн элсэлтийн халаах, хүйтэнжих процессын үеэр фаз солих үед юу болох талаар үнэтэй мэдээлэл өгдөг. Энэхүү техник нь температурын өөрчлөлтийг хянаж ажилладаг бөгөөд энэ нь онгоцны эд ангид ашигладаг титаний элсэлтийн дахин кристалцлах эхлэх цаг хугацааг тодорхойлоход тусалдаг. Өнгөрсөн жилийн судалгаанаас харахад ч гайхалтай үр дүн гарсан. Компаниуд DSC-ийн мэдээллээр дулаанжуулалтыг сайжруулсны дараа зарим нэг элсэмжээс хийсэн турбинны цайз нь хуучин техникээр хийлгэсэнтэй харьцуулахад өмнөхөөс 18 хувиар удаан эдэлдэг. Энэ төрлийн сайжруулалт нь эд ангиудын алдаа нь ноцтой үр дагавартай аж үйлдвэрүүдэд маш чухал юм.

Үйлдвэрлэлийн металлын боловсруулалтын урсгалын халуун байдлыг хэмжих

Холимог сканны калориметрийн үзүүлэлт нь материал нь нягт байдлаас чийглэг байдалд шилжихэд хэр их эрчим хүч хэрэглэдэг вэ гэдгийг хэмжинэ. Энэ нь металлын бутлуурын үйлдвэрлэл, 3D хэвлэлийн салбарт ажилладаг хүмүүст маш чухал юм. Маш их хэрэглэгддэг цинкийн элсэлтийн хувьд үйлдвэрлэлийн үеэр хэрхэн хурдан хүйтэнжихээс шалтгаалан нэг граммын хувьд 180-220 джол хүртэлх хэмжээний эрчим хүчтэй эрчим хүчтэй байдаг. Ийм төрлийн мэдээлэл нь үйлдвэрлэгчдэд зориулсан алтны хог юм. Тэд бүтээгдэхүүнийхээ хоолойтой холбоотой асуудлыг багасгахыг хичээдэг. Алюминий-силиконы элсэлтийн цуглуулгын хувьд DSC туршилтыг бүр илүү чухал болгодог. Хэрэв нэгжлийн энталпийн тооны 5 хувиас дээш ялгаатай бол энэ нь ихэвчлэн дараа нь бүтцийн бүтэн бүтэн байдлын асуудалтай тулгардаг.

Фаз солилцох материал, нанокомпозитуудыг тодорхойлох

Дифференциал сканнинг калориметри нь янз бүрийн нанокомпозитуудыг халаахад хэрхэн тогтвортой хэвээр үлдэх талаар судлахад гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Силикатай бэхжүүлсэн полимер, үе шатны өөрчлөлтийн материалууд нууц дулаан хадгалах арга замыг судалж байна. Сүүлийн үед судалгааны ажил хийсэн, графийн нэмэлт PCM-ийг батарейн дулааныг удирдахад туршиж үзсэн, тэдгээр материалын давтагдмал халааны эргэлтийг хэрхэн зохицуулах талаар 40 хувиар нэмэгдсэн нь гайхалтай юм. Түүнээс гадна олон лабораториуд цахилгаан төхөөрөмжүүдэд ашигладаг дулааны интерфейсийн материалыг шалгахын тулд энэ аргыг ашиглаж байна. Хамгийн шилдэг судалгааны байгууламж нь DSC шинжилгээгээр үүсгэсэн үе шатны зургуудад тулгуурлаж, үйл ажиллагааны үеэр аль нэг нанокомпозитын төрөл бүрийн бүтэц нь аль болох хязгаарлагдсаны дараа хэрхэн ажиллахаа ойлгодог.

Дифференц сканируулсан калориметрийн шинэчилсэн чиг хандлага, шилдэг туршлагын талаар

Товчлогын бэлтгэл, тоног төхөөрөмжийн калибрчиллыг сайжруулах

Тодорхой хэмжээг зөв бэлтгэх, бүх зүйлийг зөв хэмжих нь дифференциал сканнинг калориметрийн буюу DSC-тэй ажиллахдаа 60-80 хувь нь тод хэмжилтийг бүрдүүлдэг. АСТМ-ийн сүүлийн үеийн 2023 оны судалгаанаас бас нэгэн сонирхолтой зүйл илэрсэн. 200 микрометрээс том цагаан тугалганы хувьд хуванцар шилжих цэг нь өөр өөр пластмаст 15 хувь ялгаатай байдаг. Эдгээр шинжилгээг хийж байгаа хүмүүст дараах зөвлөмжийг дагах хэрэгтэй. Туршилтын үеэр буурч магадгүй үзмэрүүдийг зориулж уг хаалганы савлуудыг ашиглана уу. Хүйтэн температурын үзүүлэлт, дулааны агууламжийг индийн стандартаар калибрлаж, нэгдлийн энтальпи нь 28,4 джол/грамм байна. Гадаад агаар үр дүнг нь нөлөөлөхгүй байхын тулд эхлэлийн өөрчлөлтийг хийхийг бүү мартаарай.

Аж үйлдвэрийн хурдан скан DSC, өндөр дамжуулалтын техник

Хурдан скан DSC (500°C/мин хүртэлх хурдтай) нь шинжилгээний цагийг 40% нан материалын болон эмийн бүтээгдэхүүний хурдацтай үе шатны шилжилтийг илрүүлэх. Үйлдвэрлэгчид одоо авто шинжилгээний роботыг нэгтгэж, өдөрт 200+ үзлэг , полимер үйлдвэрлэлийн шугамаар бодит цаг хугацааны чанар шалгалтыг боломжуулдаг.

ДСК-ийн ирээдүй: ШУ-ийн тусламжтайгаар мэдээллийн шинжилгээг сайжруулах, олон талт платформтой нэгтгэх

Машин сурахын сүүлийн үеийн дэвшил нь халуун эрчим хүчний мэдээллээр сургагдсан алгоритмүүдэд материалын ургамал цаг хугацааны явцад хэрхэн унах талаар урьдчилан таамаглах боломжийг олгосон. Өнгөрсөн жил Материал Шинжлэх ухааны сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаагаар 92%-ийн тааламж Шинэ шинжилгээний систем нь дифференциал сканнинг калориметри (DSC), термогравиметрикийн шинжилгээ (TGA), Фурьегийн трансформын инфра улаан спектроскопи (FTIR) зэрэг техникүүдийг нэгтгэж байна. Эдгээр цогц аргаар дулаантай холбоотой өөрчлөлтийг зөвхөн дүрслэх төдийгүй химийн өөрчлөлт, механик шинж чанарыг нэг дор илрүүлэх бүрэн загварууд бий болдог. Ирээдүйд харвал, салбарын дотоод хүмүүс олон салбарт явуулсан сүүлийн үеийн зах зээлийн судалгаагаар 10 лабораторийн бараг долоон нь дараагийн хэдэн жилийн дотор эдгээр AI-ийн сайжруулсан DSC платформ хэрэгжүүлэхээр төлөвлөж байна гэж мэдээлжээ.

Түгээмэл асуулт

Ямар материалыг DSC-ээр шалгах боломжтой вэ?

DSC нь полимер, металл, элсэл, эмийн бүтээгдэхүүн, нанокомпозитуудыг шинжилгээнд ашигладаг.

ДСК хэмжилт хэр үнэн зөв вэ?

DSC хэмжилт нь зөв калибрлагдсаны дараа алдааны хэмжээг нэмж эсвэл нухацтайгаар халуун цэврийн урсгалын өөрчлөлтийг 0.1 микроватт хүртэл илрүүлж болно.

Эм үйлдвэрлэлийн хөгжилд DSC яагаад чухал вэ?

DSC нь эмнэлгийн бүрэлдэхүүний янз бүрийн полиморф хэлбэрийг илрүүлэх, нийцүүлэн бодох чадвар шалгах, хадгалах хугацааг үнэн зөв таамаглахад тусалдаг.

Үйлдвэрлэлийн металлын боловсруулалтад DSC ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

DSC нь урсгалын процессын хэрэгцээг хэмжихэд тусалдаг бөгөөд энэ нь бүтээгдэхүүний чанар, бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг хангахын тулд бутлуурын үйлдвэрлэл, 3D хэвлэлийн салбарт чухал ач холбогдолтой юм.