آنالیز حرارتی مواد ، Thermal Analysis

روش های آنالیز حرارتی مواد (Thermal Analysis) از دو جنبه برای پژوهشگران و صنعت کاران اهمیت دارند. نخست آنکه به کمک این روش ها، می توان شناسایی مواد را به ویژه هنگامی که روش هایی مانند پراش پرتو ایکس و مطالعه های میکروسکوپی توانایی ارزیابی نهایی را ندارند، تکمیل نمود. این حالت، به ویژه در مورد مواد اولیه و ترکیب های چند جزئی بسیار مفید است. دوم آنکه به کمک روش های آنالیز حرارتی، می توان رفتار مواد را با افزایش دما بررسی کرد. این نوع مطالعه نیز از نظر طراحی فرآیند تولید و کاربرد محصول، اهمیت زیادی دارد.

آنالیز حرارتی، عبارتست از اندازه گیری تغییری که در ویژگی های فیزیکی ماده پدید می آید، وقتی که دما با برنامه ویژه ای تغییر کند. منظور از ویژگی های فیزیکی، کمیت هایی مانند وزن، اندازه هندسی، ظرفیت حرارتی، هدایت الکتریکی و مانند آن است که با افزایش دمای نمونه تغییر می کنند. منظور از برنامه حرارتی، گرمایش نمونه با برنامه ویژه دمایی و در محیط مشخص است. به عبارت ساده تر، نمونه باید با سرعت مشخص تا دمای معینی گرم و در صورت نیاز، در این دما برای مدت زمان مشخصی نگهداری شود. در شکل روبرو اجزای یک دستگاه آنالیز حرارتی نشان داده شده است. کوره کوچکی که قابلیت برنامه ریزی دما و کنترل آن را داشته باشد، گرمایش نمونه را انجام می دهد. دما توسط ترموکوپلی که در نزدیکی نمونه قرار دارد، اندازه گیری و پس از تقویت، به صورت یک نشانه الکتریکی، به قسمت ثبت کننده یا رایانه فرستاده می شود.
تغییرات فیزیکی نمونه نیز توسط یک تبدیل کننده انرژی مکانیکی به الکتریکی (ترانسدیوسر) به جریان الکتریکی، تبدیل می شود و به ثبت کننده می رود. بنابراین، نتیجه آزمایش، از رسم تغییرات فیزیکی مورد نظر بر حسب دما به دست خواهد آمد. در صورتی که ویژگی فیزیکی نمونه، در هنگام گرمایش، تغییر قابل ملاحظه ای کند، می توان از روش آنالیز حرارتی به عنوان وسیله آنالیز و شناسایی مواد استفاده کرد. منظور از تغییر قابل ملاحظه، پدید آمدن یک رویداد حرارتی، مانند تجزیه، ذوب، تصعید، دگرگونی فازی و اکسایش است.        
هر یک از این رویدادهای حرارتی، به کمک دستگاه آنالیز حرارتی، قابل اندازه گیری هستند. به عنوان مثال، هنگام تجزیه، کاهش وزن نمونه و هنگام ذوب، تبادل حرارتی آن با محیط اطراف، نشانه هایی هستند که آشکار می شوند و می توان آن ها را ثبت کرد. همانطور که اشاره شد، روش های آنالیز حرارتی بر پدید آمدن تغییر فیزیکی در ماده استوار شده اند، بنابراین روش های گوناگونی وجود دارد، ولی از میان آن ها چهار روش که در شکل دیده می شوند بیشترین کاربرد را در مطالعه و شناخت مواد دارند. هر روش آنالیز حرارتی، فقط در صورتی موثر است که نمونه مورد آزمایش، تغییر فیزیکی مورد نظر را در فرآیند گرمایش، از خود نشان دهد. به عنوان مثال اگر نمونه در هنگام گرمایش، تغییر وزن نداشته باشد، استفاده از روش توزین حرارتی برای شناسایی و یا مطالعه رفتار حرارتی آن بی فایده خواهد بود.