روش های آنالیز حرارتی که در بخش های پیشین مورد بررسی قرار گرفتند از روش های متداول و پرکابرد آنالیزی هستند. بعضی از این روش ها مانند TGA ،DTA و DSC در بسیاری از مراکز تحقیقاتی آزمایشگاهی و یا صنعتی در دسترس هستند. اما روش های ویژه تری از انواع روش های آنالیز حرارتی که در موارد خاص و یا برای اندازه گیری خواص ویژه تر مواد مواد مورد استفاده قرار می گیرند، توسعه داده شده و به صورت تجاری نیز در دسترس هستند. در ادامه روش های ویژه آنالیز حرارتی به اختصار شرح داده می شود.
روش های ویژه آنالیز حرارتی
آنالیز حرارتی مکانیکی
آنالیز حرارتی مکانیکی (Thermomechanical analysis) یا TMA یک روش بسیار ارزشمند برای شناسایی مواد مختلف است. این روش یکی از تکنیک های موفق و کاربردی در اندازه گیری تغییرات ابعادی مواد جامد یا مایع بر حسب تابعی از دما، زمان و نیروی اعمالی ست. در این روش یک نیروی ثابت ایستا (constant static force) به ماده اعمال می شود و تغییرات در ماده بر حسب زمان یا دما ثبت می شود. در دستگاه های TMA نیروهای دقیقی به نمونه اعمال می شود که تغییرات در مقیاس نانو در نمونه قابل اندازه گیری و بررسی هستند.
دستگاه TMA باید قدرت تعیین دقیق موقعیت (position) را داشته باشد. می توان دستگاه را با استانداردهای شناخته شده کالیبره کرد.
یک کوره با کنترل دمایی وسیله اندازه گیری دما (معمولا ترموکوپل) متصل به نمونه و نگهدارنده نمونه. نگهدارنده نمونه معمولا از جنس کوارتز است که ضریب انبساط حرارتی پایینی دارد. اگرچه ممکن است از جنس سرامیک هم باشد.
این روش برای اندازه گیری ضریب انبساط حرارتی (coefficient of thermal expansion) دمای انتقال شیشه (glass transition temperature) و مدول (modulus) تعیین آنیزوتروپی (Anisotropy) به کار می رود.
آنالیز حرارتی مکانیکی با اسامی آنالیز ترمومکانیکی یا آنالیز گرما مکانیکی نیز ترجمه شده است.
واژه Thermomechanometry به کلیه روش هایی اطلاق می شود که تغییرات ابعاد نمونه یا خاصیت مکانیکی نمونه تحت یک برنامه دمایی مشخص و نیروی اعمالی اندازه گیری میشود.
نکات آنالیزی روش TMA
- TMA حساسیت بسیار بهتری از DSC برای تشخیص دمای انتقال شیشه (Tg) مواد پرشده کامپوزیت ها و لنت ترمز و .. دارد.
- انجام آزمون های خمشی روی لاستیک و پلاستیک و تعیین مدول Youngs خزش و بازیابی خزش مواد پلیمری (creep and creep recovery) از توانایی های روش TMA است.
آنالیز گاز آزاد شده
یکی از روش های ویژه آنالیز حرارتی که به علت توان تلفیقی با دستگاه های دیگر مورد توجه قرار گرفته است آنالیز گاز آزاد شده (Evolved Gas Analysis) یا EGA است. روش EGA ظرفیت آنالیزی روش TGA یا وزن سنجی گرمایی را افزایش می دهد. EGA تکنیکی است که که در آن ماهیت یا مقدار فرآورده های فرار آزاد شده از یک ماده، که تحت یک برنامه کنترل دمایی قرار دارد، به عنوان تابعی از دما اندازه گیری می شود. به طور ساده روش EGA آنالیز گازهای خارج شده در آنالیز وزن سنجی حرارتی است. شکل 1 شمای کلی روش آنالیز گاز آزاد شده یا EGA را نشان می دهد.
شکل 1 شمای کلی روش آنالیز گاز آزاد شده یا EGA
انواع گازهای آزاد شده از آنالیز وزن سنجی گرمایی می تواند شامل CO, CO2, H2O, SO2,O2 .. و یا انواع هیدروکربن ها باشد. گاز خروجی دستگاه TGA می تواند جمع آوری شده و به هر دستگاه با قابلیت آنالیز گاز از جمله FT-IR, MS, GC, GC-MS, IC تزریق شود (به صورت offline). یا از دستگاه های ترکیبی یا تلفیقی (Hyphenated) مانند TG-FTIR, TG-GC/MS, TG-MS استفاده کرد. در دستگاه های تلفیقی TGA خروجی دستگاه TGA مستقیم به دستگاه بعدی می رود و امکان شناسایی همزمان کمی و کیفی گاز ها و مواد فرار فراهم می گردد.
آنالیز حرارتی نوری
در روش آنالیز حرارتی نوری (Thermo-optic analysis) با نام اختصاری TOA تغییرات عملکرد نوری به دلیل تغییرات ضریب شکست ناشی از تغییر دما در مواد بررسی می شود. روش TOA یک روش مرجع برای اندازه گیری کمی کربن آلی (organic carbon) و کربن عنصری (elemental carbon) ست. آنالیز حرارتی نوری به عنوان یک روش مکمل در مطالعه انتقال فاز پلیمر هاست.
آنالیز ریز حرارتی
روش آنالیز ریز حرارتی (micro-thermal analysis) به عنوان یک ابزار قدرتمند در بررسی خصوصیات حرارتی نمونه ها در ابعاد نانو مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش، تصویر توپوگرافی و تصویر حرارتی سطح به طور همزمان نمونه تهیه می شود.
روش آنالیز ریز حرارتی علاوه بر توصیف خواص حرارتی نمونه با توان تفکیک بالا، می تواند با ترکیب شدن با روش های کروماتوگرافی یا طیف سنجی جرمی، امکان آنالیز شیمیایی موضعی سطح نمونه را نیز فراهم کند و به عنوان یکی از ابزارهای بسیار ارزشمند در بررسی و پژوهش در زمینه های علوم دارویی، پلیمرها، صنایع الکترونیک و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.
