前言

原油由重烃、轻烃、烯烃和芳香烃混合组成，不同的组分具有不同的性质，从而对应不同的用途。因此，原油通常需要通过精炼，把不同种类的烃分离出来，以提炼出其中的有用物质，例如用作发动机燃料、聚合物原料和化学原料等。

差示扫描量热法（DSC）‌是一种应用广泛的热分析技术，可为材料的成分分析、性能评估、质量控制等提供关键的信息。

将DSC技术应用于原油的测定时，除了分解以外，原油的DSC图中还有一个值得关注的特征效应，即析蜡温度，它可作为原油质量控制的技术指标。

实验

如下图显示了原油样品在-20℃至140℃之间的加热（红色曲线）和冷却（蓝色曲线）过程的测量结果。原油在加热过程中，固体部分转变为液体，导致油的粘度降低。

这些熔化过程可以看作是宽峰，因为许多不同的化合物在一定的温度范围内同时熔化。在冷却过程中，由于放热效应，可以观察到结晶峰。原油中含有一定量的重质有机化合物，这些化合物在室温下不是液体，而是固体，因此原油中总是有“蜡质部分”的存在。

在加热过程中，随着温度的升高，这些“蜡质部分”开始融化，在DSC曲线上呈现出一个难以评估的宽峰。然而，在冷却过程中，随着温度的降低，这些蜡开始结晶析出，在DSC曲线上可观察到一个轮廓分明、清晰可见的初始温度点（析蜡温度），析蜡温度可以表征单个原油的成分，可用于原油产品质量控制。

‌

前言

钻石以其优异的导热性能而闻名。CVD（化学气相沉积）金刚石样品通常达到1000至2200 W/mK之间的热导率，稀有和高纯度样品甚至高达3320 W/mK。这种特性使金刚石成为高性能电子、激光系统和其他需要高效热管理的应用的理想散热材料。准确测量金刚石样品的热导率对于优化材料质量和了解其在苛刻热环境中的性能至关重要。

为什么钻石具有如此高的导热性和热扩散率？

金刚石的导热性源于其独特的原子结构和性质：

1.强共价键：三维四面体结构，其中每个碳原子与周围四个碳原子形成共价键，构成一个正四面体，有效地传递热量。

2.低原子质量：碳原子相对较轻，因此它们可以快速振动，这有助于通过晶格振动快速传递热量，也称为声子，它可以快速地传递热量。

3.高声子速度：由于声子的刚性和强大的原子间作用力，声子的速度很高，这使得热能在晶格中传播得更快。

4.高德拜温度：即使在高温下，金刚石的结构也能支持高频振动，从而保持导热性。

5.低声子散射：对称的晶体结构使散射最小化，因此声子可以长距离传播而不损失能量。

6.同位素纯度：金刚石的均匀原子质量进一步减少了散射，并改善了声子的传播。

这些因素使金刚石成为需要高导热性材料的应用的理想选择，例如电子设备和高功率激光系统的冷却。

具有高导热性的金刚石样品可以使用Linseis TF-LFA进行分析，该分析仪使用频域热反射技术来表征材料的热性能，并确保在高效散热至关重要的应用中进行质量控制。由于晶粒尺寸、纯度和厚度等因素都会影响传输性能，因此准确的热导率测量对于验证金刚石样品的质量和性能至关重要。

频域热反射法（FDTR）是测量CVD金刚石等材料热导率的首选方法，尤其是在薄膜和微尺寸样品中，高空间分辨率是必不可少的。Linseis TF-LFA是实现这一目的的理想工具。

FDTR使用调制激光在样品中诱导局部加热，并测量材料在不同调制频率下的热反射响应。这项技术允许研究人员通过模拟金刚石及其界面的热流来确定其热导率。

来源：

[1] M. Shamsa, S. Ghosh, I. Calizo, V. Ralchenko, A. Popovich, A. A. Balandin; Thermal conductivity of nitrogenated ultrananocrystalline diamond films on silicon. J. Appl. Phys. April 15, 2008; 103 (8): 083538. https://doi.org/10.1063/1.2907865

[2] Zhang, Chunyan & Vispute, Ratnakar & Fu, Kelvin & Ni, Chaoying. (2023). A review of thermal properties of CVD diamond films. Journal of Materials Science. 58. 1-23 . https://doi.org/10.1007/s10853-023-08232-w.

[3] Wei L, Kuo PK, Thomas RL, Anthony TR, Banholzer WF (1993) Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond. Phys Rev Lett 70(24):3764-3767. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.70.3764

[4] Pop E, Varshney V, Roy AK (2012) Thermal properties of graphene: fundamentals and applications. MRS Bull 37(12):1273-1281. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.203

[5] Mashali F, Languri E, Mirshekari G, Davidson J, Kerns D (2019) Nanodiamond nanofluid microstructural and thermo-electrical characterization. Int Commun Heat Mass Transfer 101:82-88. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.01.007

[6] Angadi MA, Watanabe T, Bodapati A, Xiao X, Auciello O, Carlisle JA, Eastman JA, Keblinski P, Schelling PK, Phillpot SR (2006) Thermal transport and grain boundary conductance in ultrananocrystalline diamond thin films. J Appl Phys. https://doi.org/10.1063/1.2199974.

前言

硅油，是一种不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷，在化工、制药、电子等行业中有着广泛的应用。常用作高级润滑油、防震油、绝缘油、液压油、消泡剂、脱模剂、擦光剂等，同时硅油常被作为导热介质来使用。对于导热介质而言，导热系数是衡量其传热能力的重要参数。

实验过程

本实验使用激光导热仪LFA 1000在室温至100℃的温度范围内对硅油样品进行热扩散系数的测定，测试温度间隔为10℃，仪器采用液体、粉末、糊状物样品的特殊支架，同时硅油样品的比热使用林赛斯DSC进行测定，已知该样品的密度，仪器根据公式可自动计算出硅油相应的导热系数。

结果分析

如下图是硅油样品的测试结果曲线，其中蓝色曲线为样品在室温至100℃范围内的热扩散系数，绿色曲线为样品的比热容，红色曲线为样品在该温度范围内的导热系数。测试结果显示，硅油的比热容随着温度的升高略有增加，而硅油的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高仅出现略微的降低，表明硅油的导热性能具有良好的稳定性，在该温度范围内，硅油的导热系数约为0.11-0.19W/(m·K)，测试结果与文献值（0.1-0.2W/(m·K)）仅有略微的偏差，由此可见其测量结果的准确性非常好。

前言

用DSC法测量高能物质一直是一个困难的问题。仪器因动力学效应或腐蚀而有被损坏的风险。如果发生这种损坏，仪器传感器和熔炉部件的更换成本总是昂贵的，在大多数情况下，需要进行专业的服务。

使用Linseis Chip-DSC，传感器与集成加热器的更换非常简单快速，用户可以在大约15分钟内即可完成。

实验

用于安全气囊、推进剂、爆破材料等的高能材料在分解时表现出非常尖锐和高的放热峰。示例显示了2.8 mg安全气囊点火剂（推进剂）的DSC测量。在280℃的点火温度下，出现了一个非常高的尖峰，焓值超过1 kJ/g。该测量结果对计算点火剂需要量和获得该物质的温度稳定性信息具有重要意义。

前言

乙醇，俗称酒精，是醇类化合物的一种，化学式为C₂H₆O，乙醇既可以通过发酵（如糖）自然产生，也可以通过乙烯水合等石化过程产生。乙醇燃烧性很好，是常用的燃料、溶剂和消毒剂等，在化学工业、医疗卫生、食品工业、农业生产等领域都有广泛的用途。

实验

本次实验使用瞬态热桥法导热仪（THB）对含有少量乙醇的水溶液的导热性进行了研究。对于液体的测量，仪器使用金属框架的传感器（THB/Sensor/B/ metal），如下图所示，将其悬挂在乙醇水溶液中，在室温状态下进行了多次测量。测定的热导率为0.481 W/mK±0.006 W/mK。作为比较，分别在同一实验条件下对纯水和乙醇进行热导率的测量，测得的纯水的热导率为0.60 W/mK，乙醇的热导率为0.17 W/mK。因此，可得出结论，对于乙醇水溶液，由于水中含有少量的乙醇而降低了其导热性能。

前言

相变材料（PCMs），也称为潜热储存材料，能够在相变过程中储存和释放热能（例如固体-液体）。

相变材料在冻结过程中以聚变潜热的形式释放出大量的能量，当材料熔化时，从环境中吸收等量的能量。因此，PCMs可以用于加热或冷却应用。相变材料最简单的例子是水/冰，此外，各种石蜡和盐水合物也属于PCMs。

实验

在本实验中，从室温至330℃范围内对硝酸钠（NaNO₃）进行热导率研究。热扩散率使用LFA进行测定，比热容使用DSC进行测定，密度使用膨胀仪测定。有了这些参数，即可以计算样品的热导率。

在温度约为310℃时，可观察到硝酸钠从固体转变为液体的相变过程。从室温至310℃，固态硝酸钠的热扩散率随着温度的升高而减小，然而从310℃开始，液态硝酸钠的热扩散率随着温度的升高而增大。发生相变后，比热容也迅速地增大，密度则随着温度的升高而减小。硝酸钠热导率的变化规律与比热容相似，在固体状态下热导率的增大幅度较小，而在液体状态下热导率的增大速度较快。

前言

在某些情况下，材料的热分析需要超过2000℃，例如，石墨或用于高压导体的其他阴极材料的热分析很容易达到2800℃。

如果在惰性气氛中进行加热，这些材料不会熔化或分解，因此可以用于这类应用。由于耐高温材料的热膨胀引起了人们极大的兴趣，林赛斯 L75 膨胀仪可以配备石墨炉体，以实现在所要求的温度范围内进行测量。

实验

在本实验中，使用林赛斯 L75高温膨胀仪从室温到2800℃测量了石墨样品。测试前将样品室抽真空并通入惰性气体，按照5℃/min的速率进行升温测试。测试结果如下图所示，绿色曲线表示石墨的绝对膨胀量，红色曲线表示相对膨胀量，蓝色曲线表示石墨的膨胀系数（CTE），样品在整个测试温度范围内表现出近似线性膨胀的行为。