比熱

由示差掃瞄熱分析儀/熱差分析儀 DSC / DTA（Differential Scanning Calorimetry/Differential Thermal Analysis)，可同時 測得比熱及裂解熱(反應熱)。DSC/DTA 試驗為將樣品置於控制的溫度

及氣氛條件下，測量樣品與空白樣品相較於溫度或時間的熱流差。目 前被廣泛的應用於高分子、塗料、食品、醫藥、陶瓷、金屬、複合材 料等各種材料之測量。

測試方法以 ISO 11357-4 為主，說明如下：

1. 適用範圍：以示差掃瞄熱分析法測試材料之比熱容。

2. 用語釋義

2.1 校正材料：已知比熱容之材料。

2.2 比熱容(在固定壓力)C^p：在固定壓力下提高單位質量材料 1K 所須之熱量。

注意 1：由以下公式所得：

 

1 1

p p / p

c

m C

m

dQ dT

m =材料質量 C^p =熱容

dQ =使材料昇高 dT 溫度所須的熱量 下標 p=表示等壓過程

c^p =kJ/kg．K 或 J/g．K

這個方程是有效的溫度範圍內在沒有一階相變的材料顯示。

(dQ/dT)=(dt/dT)×(dQ/dt)=(加熱率)^-1×(熱流率)

注意 2：在相变，在此热容有一的間斷性。部分的熱被消耗產 生一個較高能量材料狀態，並沒有全部用於提高溫度。為此，

比热只能在相变之外的区域被適當地確定。

3. 原理 3.1 通則

每次量測由三個執行在相同掃描速率組成(詳圖 3-32)。

(1) 空白執行(空容器在試體及參考夾具)

(2) 校正執行(校正材料在試體夾具容器內及空容器在參考 夾具內)

(3) 試體執行(試體在試體夾具容器內及空容器在參考夾具 內)

x 溫度 T 或時間 t 1 空白執行

2 校正執行 3 試體執行

I 等溫基準線在啟始溫度 T^s

Ⅱ等溫基準線在終點溫度 T^f

圖 3-32 DSC 曲線比熱容測量（空白，校準和標本運行）調整後的基 準線典型的示意圖

3.2 連續掃描法

根據 DSC 原理及 2.2 之定義，可以得到下列的關係式：

sp sp

p cal cal

p

m c P P

m c P P

  

  

試體執行 空白執行

校正執行 空白執行

P=熱流率(dQ/dt)

上標 sp 及 cal 分別代表試體及校正材料(詳圖 3-32)

當 P^試體執行、P^校正執行及 P^空白執行是被量測，c^sp_p 可使用公式(2)計算 得到，因為c^cal_p 、

m

m

sp sp

p cal cal

p

m c P P

m c P P

 

  

試體執行 空白執行

校正執行 空白執行

(1)

 

sp blank

sp sp

cal blank

cal cal p

cal sp blank

sp cal

4.3天平：能夠量測試體質量，精度為±0.01mg。

5. 試體

測試試體可能是液體或固體狀態，如果是固體狀態，可能是粉 狀、丸狀或粒狀或切自樣品部分。測試試體應具代表性之樣本，

並應小心檢查、準備及處理。如果試體切取自樣品部分，應注意

系統自動獲得標稱值與記錄值比對結果。

較小範圍內。第二範圍之開始溫度 T^s應低於第一範 圍結束溫度 T^f 30K，以確保有足夠得重疊區間。

(2)設定掃描速率。

(3)設定等溫階段Ⅰ及Ⅱ之間的時間間隔(如圖 3-32)，並 允許個別等溫基準線至穩定，此一間隔通常介於 2min 至 10min 之間。

8.2.3 如果使用逐步掃描編程

當試體的比熱容與溫度並不是顯著相關時，此逐步掃描法 可以使用在小溫度區隔以上熱流積分，產生一組經過考慮 的時間間隔個別比熱值。並應注意下列幾點：

(1) 介於等溫階的時間間隔，應足夠長去獲得一個穩定 的基準線。

(2) 此法不得使用在首階相轉換之溫度範圍以上。

此逐步掃描施行如下：

(1) 設定開始及結束溫度(T^s及 T^f)。

(2) 設定溫度增量最好在 5K 至 10K。

(3) 設定溫度掃描速率在 5K·min^-1或 10 K·min^-1。

(4) 設定等溫階之間的時間間隔，幢介於 2min 至 10min。

8.2.4 設定熱流率靈敏度，目的是去獲得一個縱座標量程至少在 全刻度之 80％(如圖 3-32)。

8.2.5 調整設備使等溫基準線之前及之後的加熱階段是同一縱 座標層次。

如果使用微電腦處理系統，其等溫基準線可以被調整至相 同縱座標層次後，那個數據已經被取得。無論如何，強列 建議在基準線調整完成前，任何量測是為了提高結果的準 確度。

檢查調整個自的 DSC 曲線結果在同一縱座標層次，如果基 準線再現性差，重新調整設備及重複測定。

注意：其他基準線再現性差的理由，可能會是試體容器的 污染、容器蓋的位置、淨化氣流率的穩定性、試體分解、

試體蒸發、試體及容器之間產生化學反應等等。

8.2.6 進行如在 8.2.2 或 8.2.3 所描述的溫度編程設定，圖 3-33 顯示一個獲自連續掃描模式的典型 DSC 曲線，而圖 3-34 顯 示獲自逐步掃描模式的典型 DSC 曲線。

1 DSC 曲線 2 溫度曲線

Ⅰ等溫基準線開始溫度 Ts

Ⅱ等溫基準線結束溫度 T^f

圖 3-33 連續掃描 DSC 曲線示意

1 DSC 曲線 2 溫度曲線

Ⅰ等溫基準線開始溫度 Ts

Ⅱ等溫基準線結束溫度 T^f

圖 3-34 逐步掃描 DSC 曲線示意

8.3 校正材料比熱容量測

使用分析天平，稱取一個校正材料，如 99.9％或更高純度的 α-氧化鋁(合成藍寶石)，放入 8.1 所準備其中一個容器內，

置入含校正試體蓋上蓋子的容器在試體夾具上，施行 DSC 量 測。

對於空白執行，使用 8.1 準備的另一空容器，施行 8.2 所述 相同量測，α-氧化鋁在不同溫度的公稱比熱值如表 3-12。

表 3-12 純α-氧化鋁在 120K 至 780K 溫度區域的比熱容

溫度 比熱容 溫度 比熱容

K ℃ J．g^-1．K^-1 K ℃ J．g^-1．K^-1 120.00 -153.15 0.1969 520.00 246.85 1.0556 130.00 -143.15 0.2350 530.00 256.85 1.0626 140.00 -133.15 0.2470 540.00 266.85 1.0692 150.00 -123.15 0.3133 550.00 276.85 1.0756 160.00 -113.15 0.3525 560.00 286.85 1.0816 170.00 -103.15 0.3913 570.00 296.85 1.0875 180.00 -93.15 0.4291 580.00 306.85 1.0931 190.00 -83.15 0.4659 590.00 316.85 1.0986 200.00 -73.15 0.5014 600.00 326.85 1.1038 210.00 -63.15 0.5355 610.00 336.85 1.1088 220.00 -53.15 0.5682 620.00 346.85 1.1136 230.00 -43.15 0.5994 630.00 356.85 1.1182 240.00 -33.15 0.6292 640.00 366.85 1.1227 250.00 -23.15 0.6576 650.00 376.85 1.1270 260.00 -13.15 0.6845 660.00 386.85 1.1130 270.00 -3.15 0.7101 670.00 396.85 1.1353 280.00 6.85 0.7342 680.00 406.85 1.1392 290.00 16.85 0.7571 690.00 416.85 1.1430 300.00 26.85 0.7788 700.00 426.85 1.1467 310.00 36.85 0.7994 720.00 446.85 1.1537 320.00 46.85 0.8186 740.00 466.85 1.1604 330.00 56.85 0.8372 760.00 486.85 1.1667 340.00 66.85 0.8548 780.00 506.85 1.1726 350.00 76.85 0.8713 800.00 526.85 1.1783 360.00 86.85 0.8871 820.00 546.85 1.1837 370.00 96.85 0.9020 840.00 566.85 1.1888 380.00 106.85 0.9161 860.00 586.85 1.1937 390.00 116.85 0.9295 880.00 606.85 1.1985 400.00 126.85 0.9423 900.00 626.85 1.2030 410.00 136.85 0.9544 920.00 646.85 1.2074 420.00 146.85 0.9660 940.00 666.85 1.2117 430.00 156.85 0.9770 960.00 686.85 1.2159 440.00 166.85 0.9875 980.00 706.85 1.2198 450.00 176.85 0.9975 1000.00 726.85 1.2237 460.00 186.85 1.0070 1020.00 746.85 1.2275 470.00 196.85 1.0160 1040.00 766.85 1.2312 480.00 206.85 1.0247 1060.00 786.85 1.2348 490.00 216.85 1.0330 1080.00 806.85 1.2383 500.00 226.85 1.0408 1100.00 826.85 1.2417 510.00 236.85 1.0484

8.4 試體執行

稱取測試試體放入相同的容器，置入含測試試體蓋上蓋子的

cal sp blank

sp cal 適用範圍在於精密陶瓷，可量測比熱容量為自室溫至 1000K(726.85

℃)。