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工信部公布第六批产业技术基础公共服务平台名单,多家检验检测认证机构在列!

工业和信息化部关于公布第六批产业技术基础公共服务平台名单的通知
工信部科函〔2025〕14号
为进一步加强行业共性技术平台建设,提升产业技术基础公共服务能力和水平,根据《工业和信息化部办公厅关于做好第六批产业技术基础公共服务平台申报工作的通知》(工信厅科函〔2024〕378号)要求,经评审和公示,确定北京昭衍新药研究中心股份有限公司等38家单位为工业和信息化部第六批产业技术基础公共服务平台(见附件),现予以公布。
附件:工业和信息化部第六批产业技术基础公共服务平台名单

工业和信息化部

2025年1月20日

 

附件:
工业和信息化部第六批产业技术基础公共服务平台名单
序号 推荐单位 单位名称 类型
1 北京市经济和信息化局 北京昭衍新药研究中心股份有限公司 试验检测类
2 天津市工业和信息化局 中汽信息科技(天津)有限公司 信息服务类
3 辽宁省工业和信息化厅 中国科学院沈阳自动化研究所 试验检测类
4 江苏省工业和信息化厅 胜科纳米(苏州)股份有限公司 试验检测类
5 江苏省工业和信息化厅 扬子江药业集团有限公司 创新成果产业化类
6 江苏省工业和信息化厅 中认英泰检测技术有限公司 试验检测类
7 安徽省工业和信息化厅 华东光电集成器件研究所 试验检测类
8 安徽省工业和信息化厅 玻璃新材料创新中心(安徽)有限公司 创新成果产业化类
9 安徽省工业和信息化厅 安徽绿能技术研究院有限公司 创新成果产业化类
10 山东省工业和信息化厅 山东省医疗器械和药品包装检验研究院 试验检测类
11 山东省工业和信息化厅 浪潮软件科技有限公司 信息服务类
12 河南省工业和信息化厅 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) 试验检测类
13 广东省工业和信息化厅 广东省科学院测试分析研究所(中国广州分析测试中心) 试验检测类
14 重庆市经济和信息化委员会 重庆市化工研究院有限公司 创新成果产业化类
15 四川省经济和信息化厅 中国测试技术研究院 试验检测类
16 四川省经济和信息化厅 广电计量检测(成都)有限公司 试验检测类
17 四川省经济和信息化厅 二重(德阳)重型装备有限公司 试验检测类
18 四川省经济和信息化厅 成都科技服务集团有限公司 创新成果产业化类
19 四川省经济和信息化厅 中物院成都科学技术发展中心 创新成果产业化类
20 深圳市工业和信息化局 深圳天溯计量检测股份有限公司 试验检测类
21 深圳市工业和信息化局 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司 信息服务类
22 青岛市工业和信息化局 斯坦德检测集团股份有限公司 试验检测类
23 宁波市经济和信息化局 宁波新材料测试评价中心有限公司 试验检测类
24 中国核工业集团有限公司 中国原子能科学研究院 试验检测类
25 中国航空工业集团有限公司 中国航空综合技术研究所 试验检测类
26 中国船舶集团有限公司 中国船舶集团有限公司第七〇九研究所 试验检测类
27 中国兵器装备集团有限公司 中国兵器装备集团第五九研究所有限公司 试验检测类
28 中国电子科技集团有限公司 中国电子科技集团有限公司电子科学研究院 试验检测类
29 中国航空发动机集团有限公司 中国航发控制系统研究所 试验检测类
30 国家电网有限公司 中国电力科学研究院有限公司 创新成果产业化类
31 中国电信集团有限公司 中电信智能网络科技有限公司 试验检测类
32 中国机械工业集团有限公司 国机特种设备检验有限公司 试验检测类
33 中国铝业集团有限公司 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司 创新成果产业化类
34 中国五矿集团有限公司 中冶检测认证有限公司 试验检测类
35 中国建材集团有限公司 中国建筑材料科学研究总院有限公司 信息服务类
36 中国铁路通信信号集团有限公司 卡斯柯信号有限公司 试验检测类
37 中国医药集团有限公司 上海数图健康医药科技有限公司 信息服务类
38 中国国家铁路集团有限公司 中国铁道科学研究院集团有限公司 试验检测类

比表面积测试仪(BET)

效果: 分析多孔材料比表面积,孔型,孔径,孔分布等,催化、粉体制备等领域常用仪器。

原理:气体吸附法是依据气体在固体表面的吸附特性,在一定压力下,被测样品(吸附剂)表面在超低温下对气体分子(吸附质)的可逆物理吸附作用,并对应一定压力存在确定的平衡吸附量。通过测定平衡吸附量,利用理论模型等效求出被测样品的比表面积。

应用领域: 比表面测试仪广泛应用于石墨、电池、稀土、陶瓷、氧化铝、化工等行业及高校粉体材料的研发、生产、分析、监测环节。

注意事项: 由于实际样品外表面的不规则性,该方法测定的是吸附质分子所能到达的颗粒外表面和内部通孔总表面积之和。

N2吸附脱附等温线(BET)分析和孔径分析

N2吸附平衡等温线是以恒温条件下吸附质在吸附剂上的吸附量为纵坐标,以压力为横坐标的曲线。通常用相对压力P/P0表示压力;P为气体的真实压力P0为气体在测量温度下的饱和蒸汽压。吸附平衡等温线分为吸附和脱附两部分。平衡等温线的形状与材料的孔组织结构有着密切的关系。

我们惯用的是IUPAC的吸附等温线6种分类,类型I表示在微孔吸附剂上的吸附情况;类型II表示在大孔吸附剂上的吸附情况,此处吸附质与吸附剂间存在较强的相互作用;类型III表示为在大孔吸附剂上的吸附情况,但此处吸附质分子与吸附剂表面存在较弱的相互作用,吸附质分子之间相互作用对吸附等温线有较大影响;类型W是有毛细凝结的单层吸附情况;类型V是有毛细凝结的多层吸附情况;类型VI是表面均匀非多孔吸附剂上的多层吸附情况。毛细凝结现象,又称吸附的滞留回环,亦称作吸附的滞后现象。吸附等温曲线与脱附等温曲线的互不重合构成了滞留回环。这种现象多发生在介孔结构的吸附剂当中。

吸附等温曲线分类图(IUPAC )

IUPAC将吸附等温线滞留回环的现象分为4种情况。

第一种H1情况,滞留回环比较窄,吸附与脱附曲线几乎是竖直方向且近乎平行。这种情况多出现在通过成团或压缩方式形成的多孔材料中,这种材料有着较窄的孔径分布;

第二种H2情况,滞留回环比较宽大,脱附曲线远比吸附曲线陡。这种情况多出现在具有较多样的孔型和较宽的孔径分布的多孔材料当中;

第三种H3情况,滞留回环的吸附分支曲线在较高相对压力作用下也不表现极限吸附量,吸附量随着压力的增加而单调递增,这种情况多出现在具有狭长裂口型孔状结构的片状材料当中;第四种H4情况,滞留回环也比较狭窄,吸附脱附曲线也近乎平行,但与H1不同的是两分支曲线几乎是水平的。

从电池充放电曲线能看出什么?

电池的充放电性能测试是电池的最基本性能测试,通过充放电曲线我们能够看出电池的许多特性。

1大致的欧姆内阻

通过起始充电电压与充电前电压以及放电初始电压与放电前电压的差值以及充放电电流可以简要评估电池欧姆内阻。与电池的充放电电流有关,并且与电池储存时间有关,电池储存时间长,电极表面发生钝化,初始充放电电压会发生突升或突降的值比较大,需要数次小电流充放电活化。

2电池的充放电能量

通常充放电检测的同时会累积计算电池的充放电能量。单纯从充电能量或放电能量看不出电芯性能的好快。两者结合,可以进行有效比较和应用:

(1)计算电池充放电能量效率:能量效率越高,应用过程中带来的能量损失越小,可以直接给用户带来经济效益。

(2)根据能量守恒定律,经过一次充放电循环,电芯又恢复到初始状态,当中充电和放电之间发生的能量损失都会转化成其它能量,最直接的就是热量,二者差别越大,产生的热量越大。可以给热管理系统的设计带来参考。

(3)结合电池SOC~静置电压曲线,可以通过积分法或拟合法分别计算出充电或放电过程中产生的热量。

3电池的充放电容量

可以直接评判电池的容量大小。也可以通过充放电容量计算电池的库伦效率,库伦效率反应电池充放电过程中的副反应。锂离子电池的库伦效率达到100%。

4 SOC的判断与校准

根据充放电压、温度等情况,与基本对应基本曲线或表格对比,可以判断SOC值,或者对电池SOC进行修正。需要用稳定充电或放电阶段的电压来进行比较。

5计算电池的平均充电电压与平均放电电压

根据充放电容量与电流,计算电池充电或放电的平均电压,可直接对比评价电池的性能。平均充电电压越低、平均放电电压越高,二者的差别越小,电芯性能越好。

6充电恒流比

相对来说,同样条件下电池充电恒流比越大,电池的性能表现越好。充电恒流比和选择的充电电流、恒压值有关。根据不同电流下的充电恒流比,可以判断电池适宜的充电电流范围。

7充电截止电压和充电恒压值的判定

根据电池的充电曲线,可以确定电芯充电的恒压数值。持续恒流充电情况下,恒压值设定在略低于充电电压突变点的位置,要高于充电平台电压。对于单体电池来说,可控性好,可以选择较高的截止电压与恒压值。电池组由于电池一致性的差异,选定的恒压值要略低于电芯充电的恒压值。许多电池组进行检测时容量不足,充电进入不了恒压阶段,选择的恒压值较高是主要原因之一。

8充电保护电压

通常BMS对于充电电压有2-3次报警值设定,根据电压检测、判断以及器件动作时间等的响应时间总和,按照充电电压至各级报警电压的可持续时间(要考虑最不利情况,如较低温度充电),确定各级报警电压以及保护电压。

9放电截止电压

充电或放电过程电压发生突变,表明电池内部发生了其它化学反应或活性物质基本完全变为充电态或放电态。放电截止电压同样选择在突变点以下合理位置。正常情况下根据达到危险电压值钱,考虑检测判断响应时间,确定放电截止电压。另一个要根据实际应用的电压范围确定放电截止电压,尤其对于低温应用更重要,许多电芯标称的低温放电容量相对较高,但低温情况下放电截止电压一般设定的较低,实际应用可能远高于此电压,许多容量并不可用。

10判定电池适宜的充放电电流范围功率性能

以不同电流进行充放电,根据充放电曲线,可以较好判断电池的充放电电流范围、功率性能等。以不同电流充电或放电,可以观察电压曲线间的电压差,在较小的电流范围内,电流变化不会引起充电电压或放电电压曲线有明显变化,超过一定电流,随着电流加大,电压曲线之间的差别会逐渐加大,超出成比例增加的范围,如1C到2C放电曲线电压差别50mV,2C~3C之间差别50mV,3C~4C之间差别达到了100mV,则可能不适宜4C放电,温升过快。充电也一样,可以结合充电恒流比确定适宜的充电电流范围,针对不同温度下、不同荷电量下的充电曲线,可以确定不同温度、SOC状态下适宜的充电制度。

11电池中发生的化学反应

不同的电化学反应有一定的电压范围,若充电或放电曲线呈现出明显的分界特点,如两个充电或放电平台、两端特征明显不同的曲线(排除电流、温度等变化因素),表明电池内发生了不同的化学反应,对电池性能分析、材料分析等有一定意义。

12循环寿命评估

对比新电池的充放电曲线变化情况,可以评判电池的衰减情况,预估电池的剩余寿命等。需要对比一些特性参数如充放电容量、平均电压、充电恒流比等。

13温度的影响

电池充放电结合温度测量,可以评判电池的温度性能、温度的影响等。

14关键电压点的关注

电池充放电曲线上有许多关键电压点,如开路电压、充电曲线斜率发生突变的电、放电曲线斜率发生的突变点,都可以作为电池管理中的一些关键参数来控制、判断。

15确定适宜的使用电压范围(或SOC范围)

根据充放电曲线电压变化,可以确定可用的SOC范围。

16其它

根据放电能量,以及电芯或电池组的重量和尺寸,可以计算电池和电池组的重量比能量和体积比能量。

根据充电过程中电池或电池组的温度变化,可以确定电池组的适宜充电倍率等。

 

来源:储能及动力电池集成系统

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TG、DTA、DSC —— “ 热火 ” 三巨头

热分析是科研表征中常见的手段。所谓热分析,指通过控制样品温度的改变,来分析其相应物理化学性质的改变。最为常见的热分析手段有三种热重分析(TG)、差热分析(DTA)和差示扫描量热法(DSC)。具体分析和讲解如下:

1. 如何正确选择热分析方法?

三种热分析方法各有所长,可以单独使用、也可以联合使用。具体如何选择,我们首先从定义出发,了解这些表征手段。

TG:在程序控温下,测量样品的质量(m)随温度的变化。如果你需要知道,样品在升温或者降温过程中,样品质量的变化(比如吸附、脱附、分解等),请选择TG。比如工业催化剂中常会有积碳现象,通过TG表征可以确定积碳量。

DTA:在程序控制温度下,测量参比物和样品温差(△T)随温度(T)的变化。DTA与TG的区别在于测量值从质量变为温差。之所选择测试温差,是因为升温过程中发生的很多物理化学变化(比如融化、相变、结晶等)并不产生质量的变化,而是表现为热量的释放或吸收,从而导致样品与参比物之间产生温差。DTA能够发现样品的熔点、晶型转变温度、玻璃化温度等等信息。

DSC: 在程序控制温度下,测量给于参比物和给予样品的能量之差(△Q)随温度(T)的变化。在整个测试过程中,样品和参比物温差控制在极小的范围内。当样品发生物理或者化学变化时,控温装置将输入一定功率能量,以保持温度平衡。可以简单的将DSC看成是DTA的升级版。DSC也确实是从DTA发展而来。传统的DTA仪器因为样品池材质的关系,只能测温差,无法准备测量热和焓的变化。后期通过改变材质和结构,使得从温差转变为能量差成为可能(热流型)。最后又出现一种直接测量输入热量差的DSC(功率补偿型)。DSC的优点在于灵敏度高、可以定量测量焓、比热容等物理量。

2. 数据如何分析?

TG:典型的TG图如下图1所示:

图1

其中最重要的信息是失重的温度点和失重的比例。根据你所测试材料的性质和这些温度点、失重比例,可以推测所发生的物理化学变化。比如100 – 150 摄氏度之间常对应物理吸附的水。200 – 350摄氏度范围的失重常对应有机物的分解。

DTA:曲线图如下图2所示:

图2

图中的纵坐标为温差,横坐标为温度或者时间。对于DTA曲线的分析主要有三部分:峰位、峰的形状和峰的个数。峰位用于判断发生变化的温度(比如相变温度、玻璃化温度、分解温度等)、峰的形状用于判断吸热还是放热,一般规定向上为放热、向下为吸热。每个峰都对应一种化学或物理变化。

DSC: 如图3.

图3

从形状来看,DSC曲线和DTA很相似,但纵坐标不同。DSC图中纵坐标热流量(单位为mW或者mJ/S)。从积分峰面积就能算出焓变。如果参比物比热容已知还可以算出样品的比热容。在实际应用中TG常和DTA或者DSC连用。

3. 测试中的注意事项

在进行热分析测试时,需要注意三个方面:1.升温速率,升温速率不易过快。否则会导致基线不稳,温度测试不准确等问题。一般选择在10 – 20 摄氏度/min。2.气氛的选择:这需要根据要求选择。比如需要排除O2的干扰,则可以选择N2气氛。还可以选择还原性气氛。3. 加盖与否:a. 对于物理效应(熔融、结晶、相变等)的测试或偏重于DSC的测试,通常选择加盖。对于未知样品,出于安全性考虑,通常选择加盖。b. 对于气固反应(如氧化诱导期测试或吸附反应),使用敞口坩埚(不加盖)。c. 对于有气体产物生成的反应(包括多数分解反应 )或偏重于TG的测试,在不污染损害样品支架的前提下,根据反应情况与实际的反应器模拟,进行加盖与否的选择。对于液相反应或在挥发性溶剂中进行的反应,若反应物或溶剂在反应温度下易于挥发,则应使用压制的Al坩埚(温度与压力较低)或中压、高压坩埚(温度与压力较    高)。对于需要维持产物气体分压的封闭反应系统中的反应同样如此。

 

4. 实例分析:

图 4

图4为WZrOx复合催化剂的TG和DSC图。150度之前的质量损失(TG图)为催化剂表面吸附水的脱除。310 – 340 C为有机大分子的分解,对应DSC图中的α放热峰。350度之后,TG线中没有任何质量损失。DSC曲线上的β放热峰对应ZrO2的结晶峰。结合其他表征,作者将γ峰归结为催化剂中形成很细小的W-ZrO2 Cluster。

来源:研之成理微信公众号

永清石墨烯研究院检测中心简介

检测中心围绕石墨烯和新能源材料相关实验和检测分析搭建实验室业务能力,涵盖材料微观形貌、热学性能、理化性能、力学性能和电池电性能等检测项目,满足企业大部分研发、中试检测需求。检测认证中心通过CNAS认可实验室认证,实验室面积达1600m2,配备日立冷场发射扫描电子显微镜、耐驰激光导热分析仪、梅特勒同步热分析仪等180多台套仪器设备。检测中心秉持“公正、诚信、科学、高效”的原则,竭诚为国内外企业和高校科研院所提供高质量的检测服务。

 

激光闪光法在聚合物复合材料导热系数 测试中的应用

1.问题的提出

导热系数和热扩散系数是聚合物类材料的重要热物理性能参数,相应的也存在多种测试方法。由于激光闪光法具有测试时间快、样品尺寸小、方向性强等特点,使得激光闪光法也常用于聚合物类材料的热扩散系数和导热系数测量。

但在采用激光闪光法测试聚合物材料过程中,由于对闪光法测量原理和测试能力的理解不足,以及对聚合物材料的特性了解不透彻,从而造成使用闪光法测试中经常会出现与其他方法测试结果不一致的现象。

本文将从标准测试方法、多种测试方法对比测试、参考材料和实际测试结果文献报道等几方面,介绍闪光法测试聚合物材料过程中的注意事项。

2. 聚合物热物性标准测试方法

2.1. 聚合物热物性标准测试方法

聚合物材料的导热系数一般在 0.2~1 W/mK 范围内。对于这种低导热系数材料的测试,成熟准确的测试方法是稳态法,如稳态防护热板法和稳态防护热流计法,相应的标准测试方法有 ASTM C177、C518、E1530、D5470 等。随着技术的进步,这些稳态测试方法对样品的最小尺寸要求是直径 25 mm,厚度范围 1~25 mm,测试温度范围可以达到 300℃以上,测试一个温度点下导热系数大约需要 30 分钟左右。
由于近十几年来瞬态测试技术的飞速发展,许多瞬态技术在聚合物材料的导热系数测试中得到了应用,如 ASTM E1461、D5930。为了规范聚合物材料瞬态测试方法,ISO 专门针对塑料材料提出了多个瞬态测试标准方法 ISO 22007。按照测试参数将 ISO 标准分为以下几类。

2.2. 聚合物热物性 ISO 瞬态测试方法分类

(1)导热系数和热扩散系数

瞬态平面热源法(HOT DISK 法) – ISO 22007-2

(2)热扩散系数

温度波分析法 – ISO 22007-3

激光闪光法 – ISO 22007-4

2.3. 激光闪光标准方法中对聚合物样品制备的规定

在 ISO 22007 中对多个瞬态测试方法进行了规定,本文重点介绍对激光闪光法应用中的规定。

对于绝大多数采用激光闪光法进行的聚合物热物性测试,基本都是采用商品化的激光闪光法测试仪器,测试过程中可调节的参数主要是激光加热功率和样品制备,而样品的制备往往是影响测量结果的重要环节。

在 ISO 22007-4 第 6.1 条中,对激光闪光法被测样品的形状和尺寸给出了原则性的大致规定,要求样品为薄片状,直径范围为 5~20 mm。样品最小厚度需要根据激光脉冲宽度和样品材料热扩散系数进行确定,即激光脉冲宽度与t 1/2时间之比小于0.01,给出的聚合物典型样品厚度范围为 0.5~3 mm。同时为了保证一维热流,要求样品直径与厚度之比大于 3:1,另外还要求薄片样品的厚度均匀性要优于 1%。

在 ISO 22007-4 第 6.3 条中,要求被测样品对激光波长呈不透明。如果聚合物样品透明或半透明,则需在样品表面制作很薄的高导热涂层以避免激光光束进入样品,认为薄的高导热涂层对测量结果带来的影响忽略不计。

从上所述可以看出,ISO 22007-4 激光闪光法对聚合物样品的制备只给出了指导性原则,允许的操作空间很大,由此带来了一系列的测试问题,特别是聚合物样品厚度的选择上,不同厚度样品的测试结果之间存在很大偏差。另外,对于聚合物复合材料激光闪光法是否还适用也是问题,这对聚合物复合材料热物性评价中测试方法的选择提出了要求。为此,在采用激光闪光法时还需要针对聚合物材料做进一步的研究和规定,以保证测量的准确性。

3.聚合物热物性多种瞬态测试方法对比

在采用瞬态方法对聚合物热物性进行测试过程中,由于受多种因素的影响,测试结果往往出现很大的不一致性。如 2005 年 Wilson Nunes 等人[1]比较了使用激光闪光法和瞬态热线法获得的一系列聚合物的测量结果。对于 PMMA,两种方法的热扩散系数测量值差异高达 20%,导热系数值差异高达 10%,也获得过导热系数高达两倍的显著差异。对于 LDPE 样品闪光法结果要低于热线法结果,而对于 HIPS 样品则闪光法结果较高,这说明了聚合物热性能准确测量的困难性。

为了规范各种瞬态法在聚合物热物性测试中的应用,提高各种瞬态法测量聚合物热物性的准确性和可靠性,在 ISO 22007 的起草阶段,就对各种瞬态法在聚合物中的应用进行了评价研究,2009 年 Martin Rides 等人[2]报道了两种聚甲基丙烯酸甲酯的导热系数和热扩散系数的测量比对,所使用的各种方法包括温度波分析法、激光闪光法、瞬态平面热源(热盘)法、瞬态热线法和稳态热流计法。在此对比测试基础上,ISO 专门在 ISO 22007 中增加了一个标准方法,ISO/TR 22007-5“塑料 – 导热系数和热扩散系数的测定.第 5 部分:聚甲基丙烯酸甲酯样品的多个实验室测试结果”。将对比测试过程和结果制订为标准测试方法,这在标准测试方法中是非常罕见的,由此可见对瞬态法在聚合物热物性测试中的应用进行规范的重要性。

在 ISO/TR 22007-5 对比测试中,对两种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料进行了多个实验室对比测试,一种是浇铸料板材形式,另一种是挤出型板材形式。各种测试方法和样品信息如表 3-1 所示。

通过各个实验室之间的比对,尽管测试方法和样品制备之间存在明显差异,但各种方法得到的导热系数结果比较一致,其值约在±7%范围内,热扩散系数测量结果的一致性在±9%范围内,所达到的一致性水平证明了这些不同方法在聚合物热物性测试中的有效性。这些一致性保证需要注意以下几个方面的试验参数控制:

(1)虽然所有参与者都提供了名义上相同的板材样品,但测试中使用的样品实际厚度必须调整到测试方法的规定,以便能够进行测量或确保分析中的假设是有效的。例如,对于激光闪光法,发现挤出型PMMA 板的 3mm 厚度太大而不能进行可靠的测量,因此被测样品必须被加工的得更薄。温度波分析方法适用于厚度约为 100µm的薄膜或薄片,因此在测试之前必须将样品切割成该厚度。类似地,对于瞬态平面热源法,必须符合测试的厚度要求,这与热瞬态渗透到样品中的深度有关,对于较薄的 2 mm 厚样品,就需要通过将两个样品堆叠在一起以获得足够厚度以实现可靠测量。

(2)除了样品厚度问题之外,还存在方法上的进一步差异。对于 PMMA 的激光闪光法测量,由于样品是透明的,其表面必须在测试前用不透明材料处理,否则无法进行测量,而且不透明材料要尽可能薄且均匀,并不受测试过程中温度和激光照射的影响而产生脱落现象。目前一般的样品表面处理工艺是先在样品前后两个表面溅射金涂层以阻挡激光穿透透明样品和增加热接触效果,然后再在样品表面喷涂碳层以增大样品表面的发射率、提高吸收激光能量的能力和减少对激光的反射。

(3)采用激光闪光法测量的是热扩散系数,还需要采用其他方法测量比热容和密度。在 ISO 标准中,无一例外的都是采用差示扫描量热计(DSC)测量比热容,并未采用激光闪光法测量比热容。在 DSC 进行比热容测量时,要特别注意取样的代表性,这点在聚合物复合材料中尤为重要。

(4)在参与对比的测试方法中,只有瞬态平面热源法属于体积导热系数测试方法,体积导热系数是厚度方向和面内方向导热系数的函数,这使得瞬态平面热源法测量的导热系数和热扩散系数值通常略高于通过其他方法获得的值,尽管通过一些技术处理使得该差异在离散范围内,因此在对各向异性聚合物热物性测试中要十分小心测试方法的选择和取样的方向性。

4.聚合物热物性参考材料

为了考核和验证激光闪光法测试聚合物热物性的准确性以及试验参数选择的合理性,一般都会选择合适的参考材料进行测试检验。由于聚合物材料的导热系数范围为 0.1~1 W/mK,可供选择的参考材料有杜邦公司出品的聚合物材料(纯聚酰亚胺 Vespel-SP1)和康宁公司出品的高硼硅玻璃 Pyrex 7740。其中,在 25~300℃范围内,纯聚酰亚胺 Vespel-SP1 的导热系数范围为 0.37~0.44 W/mK[3];在-50~300℃范围内,高硼硅玻璃 Pyrex 7740 的导热系数范围为 0.95~1.5 W/mK[4]。

2005 年 Jacobs 和 Stroe[3]针对各向同性均质的纯聚酰亚胺 Vespel-SP1(常温密度 1434kg m3)分别采用顶杆法测量了热膨胀系数、采用激光闪光法测量测量了热扩散系数、采用 DSC 测量了比热容和采用稳态防护热流计法测量了导热系数。在激光闪光法测试中,样品尺寸为直径 12.7mm,厚度 2.032mm。在热流计法测试中,样品尺寸为直径 50.8mm,厚度 6.35mm。经过多次不同样品的测试,由激光闪光法、热膨胀系数测量和比热容测量计算获得导热系数值与热流计法直接测量得到的导热系数值,在整个 25~300℃范围内相对偏差小于±3%。从这项工作中也可以看出,采用激光闪光法得到导热系数数值,需要进行大量的其他测试,远比热流计法直接测量复杂的多。

另外还可以从另一方面了解激光闪光法在聚合物测试中样品厚度的选择。在美国 ANTER 公司(现为美国 TA 公司)激光闪光法测试设备中,随机配备有参考材料纯聚酰亚胺 Vespel-SP1,分别有三种规格,一种是直径 12.7mm、厚度 0.8mm;第二种是直径 20mm、厚度 1mm;第三种是直径 30mm、厚度也是1mm,总之样品厚度都没有超过 1mm。

高硼硅玻璃 Pyrex 7740 是一种透明玻璃,在使用激光闪光法验证测试过程中需要在透明玻璃表面溅射牢固的涂层,操作比较复杂,因此很少作为激光闪光法测试用参考材料,但多用于稳态法导热系数测试参考材料。1992 年 Yang 等人[5]采用稳态 AC 量热计法对 Pyrex 7740 在 20~310K 的低温环境下的热扩散系数和比热容进行了测量,样品直径为 12.7mm,厚度 1.06mm。采用稳态 AC 量热计法测量 Pyrex7740 并不需要对样品表面溅射涂层,同时这种厚度的选择对激光闪光法有着参考价值。

5.闪光法测试聚合物热物性文献报道

5.1. 聚合物薄膜热物性

聚合物材料的最终产品形式很多时候往往是薄膜形式,这时闪光法样品小的优势得以发挥,可以直接对薄膜聚合物产品进行取样而无需加工,但薄膜样品会带来影响闪光法测量准确性的其他问题,如样品厚度太薄使得激光脉冲宽度引起的误差显得突出,样品透光需要进行表面溅射涂层,而涂层在薄膜上的沉积使得被测样品形成三层结构而需要考虑涂层的影响。

1995 年 Agari 等人[6]报道了采用激光闪光法对四种聚合物薄膜(厚度范围200~500µm)的热扩散系数和比热容进行了测试,并研究了样品遮光石墨涂层以及样品厚度等其他因素对测量精度的影响。2013 年 Chiguma1 等人[7]报道了采用激光闪光法和 DSC 法对环氧基纳米复合材料薄膜的热扩散系数和比热容进行的测量,样品尺寸为 12.7×12.7×0.134mm 3 ,样品表面喷涂石墨层。测试结果显示,对于不同的纳米复合材料,其导热系数变化范围为 881~1489W/mK 的超高导热系数。对于如此高的导热系数,激光脉冲宽度和样品表面的石墨涂层已经会严重影响测量结果,但文中并未提到测试数据如何处理以及测量结果准确性的评判方法。

5.2. 聚合物复合材料热物性

在聚合物中添加高导热材料可以改进聚合物的导热性能,这类聚合物基复合材料的导热性能是材料性能表征的重要参数,但采用激光闪光法进行测试的文献报道并不多,多数的报道则是采用稳态法。

2006 年 Xu 等人[8]对单壁碳纳米管聚合物基复合材料的热行为进行了研究,采用激光闪光法测量热扩散系数,采用 DSC 测量比热容,采用 TMA 测量热膨胀系数,采用 TG 测量热重,最终计算得到导热系数。闪光法热扩散系数测量的样品尺寸为直径 12.5mm,厚度为 0.4~0.7mm。样品前后两表面先溅射金涂层,然后再在加热面喷涂碳层,测试温度范围为 25~125℃。为了保证闪光法测量的准确性,出于对透光性的考虑,同时还对经过相同表面处理的厚度为 0.5mm 的 Pyrex 7740 参考材料进行了测量。最终测试结果表面,随着单壁碳纳米管体积含量 0~49%的变化范围,室温下相应的导热系数变化范围为0.233~0.537W/mK。尽管单壁碳纳米管的导热系数标称可以达到 2000W/mK,但添加了单壁碳纳米管的聚合物基复合材料的导热系数实际测量值远低于理论计算预测的导热系数范围 0.2~335W/mK。

2012 年 Yamamoto 等人[9]在研究纤维增强聚合物复合材料层压板中,分别采用激光闪光法和稳态热流计法对层压板厚度方向上的导热系数进行了测量。采用激光闪光法分别测量了热扩散系数和比热容,计算得到厚度方向上的导热系数,其中样品尺寸为直径 12.7mm 厚度 1mm,密度在 1300~1500kg/ m3范围内,样品表面喷涂石墨层,并采用近似密度的参考材料纯聚酰亚胺 Vespel-SP1 进行测试验证。另外还采用热流计法对层压板两个方向(厚度方向和面内方向)上的导热系数进行了测量。

测量结果显示层压板导热系数随着纤维含量的增加而增大,在纤维含量 5%时,厚度方向导热系数为 0.6~0.8W/mK,面内方向导热系数为 0.9W/mK。两种测试方法的对比结果显示,稳态热流计法导热系数测量值始终要比激光闪光法导热系数测量值大 0.1~0.2W/mK,这也是我们在聚合物热物性测试中经常遇到的现象,造成这种现象的原因是在激光闪光法测试和分析中假设了样品是各向同性和均质。

2016 年 Catherine 等人[10]采用激光闪光法对高导热聚合物复合材料的各向异性热物性进行了测试,样品尺寸为直径 25.4mm 厚度 1mm 左右,样品表面喷涂石墨层,测试温度范围为 25~100℃,并分别采用参考材料纯聚酰亚胺 Vespel-SP1(0.5W/mK 导热系数)和不锈钢(16W/mK 导热系数)进行测试验证。尽管文中提到了激光闪光法面内方向热扩散系数测试附件,但只给出了厚度方向上导热系数测量结果(0.5~9W/mK),并未给出面内方向导热系数测试结果,文中只提到聚合物复合材料具有明显的各向异性特征,同时也未提到比热容如何测量。

6.稳态热流计法测量聚合物热物性

采用稳态热流计法(ASTM E1225、E1530、D5470 等)可以直接对聚合物导热系数进行测量,如 Jacobs 和 Stroe[3]对纯聚酰亚胺 Vespel-SP1 在 25~300℃范围的导热系数测试,样品尺寸为直径 50.8mm,厚度 6.35mm。从样品测试可以看出,这种尺寸的样品基本可以满足所有聚合物复合材料的代表性,而激光闪光法则因为样品小而缺少代表性。

在聚合物热物性测量方面,稳态法始终是一种常规测试方法且应用更加广泛。

2004 年 Rudtsch 和 Hammerschmidt[11]介绍了针对聚合物 PMMA 热物性进行的五个国家共十八个实验室之间的比对测试。PMMA 常温密度为 1185kg/m3,测试温度范围为-70~+80℃,对应的导热系数范围为 0.18~0.20W/mK,热扩散系数范围为0.14~0.11mm2 /s。导热系数对比测试方法分为稳态法和瞬态法两类,其中稳态法包括防护热板法和防护热流计法,瞬态法包括瞬态平面热源法、瞬态热带法和探针法,

而恰恰没有激光闪光法。比热容测试采用的是差示扫描量热计(DSC),根据导热系数、比热容和密度测试结果计算得到热扩散系数。

上述对聚合物 PMMA 的对比测试中,PMMA 的导热系数较低,在 0.2W/mK 以下。2011 年 David 和 Ronald[12]报道了欧盟九家机构对导热系数为 0.5W/mK 左右的建筑石材类材料陶土砖(密度为 1950kg/ m3)进行的比对测试。其中稳态法采用了防护热板法和热流计法,瞬态法采用了热带、热盘和热桥三种瞬态平面热源法。

防护热板法样品尺寸为 200×200×40mm 3 和直径 100mm 厚度 15mm 两种,热流计法样品尺寸为直径 50mm 厚度 10mm,此尺寸样品也可用于热带和热盘法测试,而热桥法样品尺寸为 100×30×5mm 3 。在此次对比测试中,测试温度只有 10℃和 23℃两个点,只对密度和导热系数进行测试对比。在此次比对测试中还是没有选择激光闪光法。

稳态法在聚合物热物性测试中应用的一个典型领域就是树脂基纤维编织类复合材料,这主要是因为稳态法样品尺寸要远比激光闪光法具有代表性,而且稳态法可以直接测量得到导热系数,简化了测量操作过程。2008年Sharp和Bogdanovich[13]针对树脂基三向编织结构复合材料层压板厚度方向导热系数的测试评价,比较了激光闪光法和稳态热流计法,因激光闪光法样品太小无代表性,无法对编织结构的设计和优化提供准确表征,最终确定采用稳态热流计法进行厚度方向导热系数测量。

7.参考文献

(1) Wilson Nunes, Paul Mummery, and Andrew Wallwork. “Thermal diffusivity of polymers by the laser flash technique.” Polymer testing 24.5 (2005): 628-634.

(2) MartinRides, et al. “Intercomparison of thermal conductivity and thermal diffusivity methods for plastics.” Polymer Testing 28.5 (2009): 480-489.

(3) Jacobs-Fedore, R. A.; Stroe, D. E. “Thermophysical properties of Vespel SP1”. In Wang, Hsin; Porter, Wallace D.; Porter, Wally. Thermal Conductivity 27/Thermal Expansion 15. Knoxville, TN: DEStech Publications, Inc. 2005. pp. 231–238. ISBN 1-932078-34-7.

(4) Tye RP, Salmon DR. “Thermal conductivity certified reference materials: Pyrex 7740 and polymethymethacrylate.”In: DinwiddieRB, Mannello R, editors. Thermal conductivity 26—thermalexpansion 14. Lancaster: DEStech Publications; 2005. p. 437–51

(5) Yang, G., A. D. Migone, and K. W. Johnson. “Heat capacity and thermal diffusivity of a glass sample.” Physical Review B 45.1 (1992): 157.

(6) Agari, Y., A. Ueda, and S. Nagai. “Measurement of thermal diffusivity and specific heat capacity of polymers by laser flash method.” Journal of Polymer Science Part B:Polymer Physics 33.1 (1995): 33-42.

(7) Chiguma, Jasper, et al. “Thermal diffusivity and thermal conductivity of epoxy based nanocomposites by the laser flash and differential scanning calorimetry techniques.”  Open Journal of Composite Materials 3.03 (2013): 51.

(8) Xu, Yunsheng, Gunawidjaja Ray, and Beckry Abdel-Magid. “Thermal behavior of single-walled carbon nanotube polymer–matrix composites.” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 37.1 (2006): 114-121.

(9) Yamamoto, Namiko, Roberto Guzman de Villoria, and Brian L. Wardle. “Electrical and thermal property enhancement of fiber-reinforced polymer laminate composites through controlled implementation of multi-walled carbon nanotubes.”Composites Science and Technology 72.16 (2012): 2009-2015.

(10) Thibaud-Erkey, Catherine, and Abbas Alahyari. Final Report for Project titled High Thermal Conductivity Polymer Composites for Low-Cost Heat Exchangers. United Technologies reserach Center, East Hartford, CT (United States), 2016.

(11) Rudtsch, S., and U. Hammerschmidt. “Intercomparison of measurements of the thermophysical properties of polymethyl methacrylate.” International journal of thermophysics 25.5 (2004): 1475-1482.

(12) Salmon, David R., and Ronald P. Tye. “An inter-comparison of a steady-state and transient methods for measuring the thermal conductivity of thin specimens of masonrymaterials.” Journal of Building Physics 34.3 (2011): 247-261.

(13) Sharp, Keith, et al. “High through-thickness thermal conductivity composites based on three-dimensional woven fiber architectures.” AIAA journal 46.11 (2008): 2944-2954

来源:www.eyoungindustry.com

 

BET法材料比表面分析

BET测试是一种常用的材料表面性质测试方法,其主要应用于评估材料的比表面积和孔隙结构。在材料科学领域中,比表面积和孔隙结构是材料性能和应用的关键指标。

BET测试原理

BET测试是一种气体吸附法,它使用气体在材料表面的吸附作用来评估材料的比表面积和孔隙结构。BET测试的原理基于比表面积和吸附等温线之间的关系,该等温线通常是Langmuir等温线的扩展版本。

在BET测试中,材料通常是一种固体粉末或薄膜形式,而气体通常是氮气。在测试中,先将材料置于真空中,以去除材料表面和孔隙中的水分和其他杂质。然后,将氮气缓慢地引入材料中,直到氮气与材料表面和孔隙达到平衡状态。在这个平衡状态下,氮气已经完全吸附在材料表面和孔隙中,形成一定的吸附量。然后,可以根据所添加的氮气量和吸附等温线的形状来计算材料的比表面积和孔隙结构。

材料比表面积的计算

BET测试的主要目的是测量材料的比表面积,该比表面积通常以平方米/克(m²/g)为单位表示。材料的比表面积反映了材料中活性表面积的总量,这个活性表面积指的是可以发生化学反应或物理吸附的表面积。

BET测试使用氮气在材料表面的吸附作用来测量比表面积。在吸附等温线达到平衡状态时,可以确定一个参数C,它是氮气在材料表面吸附的等效分子层数。根据Langmuir等温线的扩展版本,可以确定吸附等温线的截距,该截距是C的函数,然后可以计算出材料的比表面积。比表面积的计算公式如下:

SBET = 4 * N * A / m

其中,SBET是比表面积,N是氮气分子数,A是氮气分子的表面积,m是材料的质量。

BET应用领域

BET测试广泛应用于各种领域,包括化学、材料科学、生物医药、环境科学等。

纳米材料的比表面积通常非常大,因此通过BET测试可以更好地评估其性能和应用。例如,在纳米颗粒表面修饰方面,BET测试可以用来评估修饰后的纳米颗粒的比表面积和孔隙结构的变化,从而更好地了解其性能和应用前景。

仪器参数

规格型号:贝士德比表面积及孔径分析仪BSD-660S 
● 测量范围:比表面积0.0005㎡/g以上,孔径0.35-500nm;● 精准度:比表面积重复性≤1%RSD● 升温范围:室温~400℃,控温精度0.1℃

● 真空度:P/P0范围10^-8~0.99

样品要求

1、样品量:样品量=总表面/理论比表面(总表面范围需要2~40m2/g)石墨:> 100mg,石墨烯:≥50mg,极片类:> 1g,隔膜类:≥100mg,活性炭:≥50mg;
2、注明脱气时间、温度、检测项目;
3、告知样品的主要成分、理论比表面、毒性、稳定性。
永清石墨烯研究院检测中心简介检测中心围绕石墨烯和新能源材料相关实验和检测分析搭建实验室业务能力,涵盖材料微观形貌、热学性能、理化性能、力学性能和电池电性能等检测项目,满足企业大部分研发、中试检测需求。检测认证中心通过CNAS认可实验室认证,实验室面积达1600m2,配备日立冷场发射扫描电子显微镜、耐驰激光导热分析仪、梅特勒同步热分析仪等180多台套仪器设备。检测中心秉持“公正、诚信、科学、高效”的原则,竭诚为国内外企业和高校科研院所提供高质量的检测服务。

同步热分析(TG/DSC)介绍

基本原理

同步热分析仪(TGA/DSC)用于检测样品在升温或降温或恒温过程中的质量变化及热量变化,可同时获得样品的TGA和DSC信号。
热重分析TGA:特定气氛中物质的质量随温度(或时间)的变化关系。通过分析热重曲线,可以得知被测物质在哪个温度范围内产生变化,并且根据失重量,计算失去的质量,通过质量与温度的一阶微分曲线(DTG曲线),可以分析物质质量变化的快慢。
差示扫描量热法DSC:测试样品在升温或降温过程中吸收或放出的能量。

应用范围

同步热分析广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。可以测定材料在不同气氛下的热稳定性与氧化稳定性,可对分解、吸附、解吸附、氧化、还原等物化过程进行分析,包括利用TGA/DSC测试结果进一步做表观反应动力学研究。可对物质进行成分的定量计算、测定水分、挥发成分及各种添加剂与填充剂的含量。
仪器参数介绍
规格型号:梅特勒TGA/DSC3+ 
● 温度范围:25~1600℃● 最快升温速率:150℃/min

● 温度精准度:±0.05℃(单点)

● 天平量程:0.2 mg~5000mg

● 天平灵敏度:0.1µg

样品要求

1. 可测试固体、液体、粉末、薄膜或纤维样品。
建议样品至少准备10 mg(每次测试需3至5 mg,考虑称取时会有损失,以及需重复测试等);
(1)块体样品直径不超过3 mm,高不超过2 mm,底面平整,可与坩埚充分接触(建议切成质量为5 mg以下的小块);
(2)液体样品至少需1 mL;
(3)粉末样至少需10 mg(每次测试需3至5 mg,考虑称取时会有损失,以及需重复测试等);具有强放热效应的样品量0.5~1 mg;
2. 易挥发、易吸水性样品,送样时需注明;
3. 发泡材料、体积有膨胀的材料必须标注。
4.不接收易燃易爆样品。
5.不接收测试温度范围内释放有毒有害、污染性及还原性气体的,不接收含有卤素(F、Cl、Br、I)以及S、P、酸根、含能等材料,会污染设备。

实验条件的选择

1. 升温速率与样品量的选择测定升温速率选择可以参考以下原则:对传热差的高分子物试样,一般选择速率5~10℃ /min;对传热较好的无机物、金属试样,可选择速率10~20℃ /min;但是做动力学分析,升温速率还要低一些。

样品量与升温速率对测试结果的影响规律相似。加大样品量或加快升温速率:有助于放大一些较弱的热效应,增加对微量成分检测的可靠性。但由于样品内部导热滞后所致的温度梯度会增大,因此所测特征温度可能会偏高,且相邻峰的分离能力会下降(更易于重叠)。减小样品量或减慢升温速率:样品内部温度较均匀,所测特征温度的准确性会提高。且有利于相邻峰的分离。对于大部分常规测试,使用常规样品量与标准升温速率即可。

在以下情况下,可能需要适当地调整升温速率或样品量,以得到更好的测试结果:

● 样品中关心的组分含量很低:需要增大样品量。
● 样品成分不够均匀:需要使用较大的样品量,才能得到更有代表性的结果。
● 热效应微弱,需要放大:一般优先考虑加大样品量。
● 相邻峰相互重叠:一般优先考虑降低升温速率,以得到更好的分离效果。
● 具有强放热效应的样品:样品量小于1 mg,防止样品爆炸损坏仪器。

2. 坩埚的选择

常用坩埚:Al、Al2O3、Pt
● Al坩埚:传热性好,灵敏度高,分峰能力、基线性能均较佳,温度范围较窄(< 600℃),常用于中低温型 DSC、高分子与有机物测试。
● Al2O3坩埚:样品适用面广,温度范围宽(可用于高温1650℃ ),其灵敏度、分峰能力、基线漂移等稍逊色,高温下量热精度较低,基线漂移较大(坩埚材质半透明引起热辐射损耗),易与部分无机熔融样品(如硅酸盐、氧化铁等)反应或扩散渗透。
● Pt坩埚:传热性好,灵敏度高,价格贵,温度范围宽( < 2000℃ ),在高温下与Al2O3坩埚反应时,可以用Pt坩埚。
坩埚选择需注意:样品不能渗透、腐蚀坩埚或与坩埚发生反应

3. 气体的选择

常用气体:
● N2: 常用惰性气体
● Ar: 惰性气体,多用于金属材料的高温测试
● Air: 氧化性气体,常作为陶瓷氧化物类样品的吹扫气氛
● O2: 强氧化性气体,一般用作反应气氛
在高温下N2亦可能与某些样品,特别是一些金属材料发生反应,应考虑使用“纯惰性”气体(Ar)。
永清石墨烯研究院检测中心简介

检测中心围绕石墨烯和新能源材料相关实验和检测分析搭建实验室业务能力,涵盖材料微观形貌、热学性能、理化性能、力学性能和电池电性能等检测项目,满足企业大部分研发、中试检测需求。检测认证中心通过CNAS认可实验室认证,实验室面积达1600m2,配备日立冷场发射扫描电子显微镜、耐驰激光导热分析仪、梅特勒同步热分析仪等180多台套仪器设备。检测中心秉持“公正、诚信、科学、高效”的原则,竭诚为国内外企业和高校科研院所提供高质量的检测服务。