絕熱加速量熱儀(Adiabatic Accelerating Rate Calorimeter,簡稱ARC)基于絕熱原理,通過精確控制環境溫度實現與樣品溫度的動態平衡,實時監測化學反應或物質在極端條件下的熱力學與動力學參數,其核心原理及應用如下:
一、技術原理
絕熱環境模擬
通過動態跟蹤樣品溫度并同步調節環境溫度,使樣品與外界無熱量交換(ΔT≈0),確保測試環境接近理想絕熱狀態。
采用高精度溫度控制系統(精度達0.001℃)和壓力傳感器(分辨力1kPa),實時補償樣品熱散失功率,消除熱慣性干擾。
運行模式
加熱-等待-搜尋(H-W-S)模式:
樣品被階梯式加熱至預設溫度,等待熱平衡后檢測自放熱速率。若未檢出放熱,則升溫進入下一循環;若檢出放熱,系統自動切換至絕熱跟蹤模式,記錄溫度、壓力及放熱速率數據。
等溫掃描模式:
連續改變溫度以獲取動力學數據,支持從室溫至500℃的寬溫域測試。
絕熱掃描模式:
通過連續升溫模擬極端條件,量化物質熱危險性。
關鍵技術
Phi因子優化:采用薄壁低熱容樣品池(Phi因子≤1.05),減少容器對測試結果的影響。
在線絕熱補償:通過動態調節加熱功率,維持樣品與環境溫差不超過0.002℃,確保數據準確性
二、應用領域
電池研究
鋰/鈉離子電池熱失控分析:評估電極材料、電解液熱穩定性,分析熱失控機制。
動力電池熱管理測試:測定電池自放熱起始溫度、熱失控最高溫度等參數,為熱管理系統設計提供依據。
固態電池研究:篩選鋰電電極材料的熱穩定性,測試范圍覆蓋毫克級電極片到千克級完整電芯。
化工安全評估
危險化學品熱危險性評價:測定自加速分解溫度(TSADT)、驗證緊急卸壓系統有效性。
反應工藝安全優化:量化硝化、聚合等放熱反應的熱風險,指導反應釜安全設計與事故預防。
事故調查支持:通過高靈敏度檢測(0.02℃/min)還原事故實際狀況,如橡膠工業中表氯醇放熱反應的早期預警。
材料科學
含能材料分析:評估爆炸物熱穩定性及反應動力學參數,支持軍工領域安全研究。
高分子材料熱降解研究:監測材料在高溫下的熱分解特性,優化合成工藝。
醫藥與精細化工
優化合成工藝:預測化學品儲存與運輸風險,減少反應失控導致的危害。
新藥研發支持:通過熱穩定性測試確保藥物在生產、儲存過程中的安全性。