我国热分析技术领域的研究取得重大突破

近日，北京科技大学李荣斌与中科院工程热物理所夏红德等人构建出全新的矢量化热分析理论框架和方程方法。据介绍，这一理论和方法的诞生，既为复杂反应过程的检测分析提供了科学的研究范式，更从根本原理上支撑国产热分析仪器发展打破国外技术壁垒，并实现未来的技术引领。据了解，热分析应用于物质热物理变化和反应过程的检测已历经两百余年，期间包括联用技术的各类硬件不断更新、升级、换代，其主要目标在于更科学分析反应过程的动态特征。目前，尽管热分析仪器以及和热分析相关的技术等已广泛应用于能源、化工、冶金、医药、生物、航天、材料等领域，然而面对实际复杂反应过程时，基于物质总包变化的热分析方法仍以各类单纯的、主观经验性数学手段为主，尚缺乏具有准确物理内涵的理论和方法体系。

为此中科院热物理所与北科大科研人员聚焦热分析表观检测信号与反应本征信息的物理关系本质，构建了符合反应客观规律的高维矢量热分析基础理论与技术方法体系。矢量热分析理论在国际上首次采用具有物理内涵的矢量化逻辑，基于反应的化学计量关系矩阵与执行速率矢量等本征信息，建立了反应体系固液相总质量变化、全气相组分摩尔变化以及热力学等表观信号的多参数矢量联立方程，从理论层面彻底破解了表观检测信号与反应本征信息之间的实时多参数非线性映射关系（见图1）。据研究团队人员介绍，矢量热分析技术能够适于各类简单和复杂反应过程的辨识和定量解析，已在提升复杂反应过程的检测精度、辨识多反应过程、辨别反应机理和定量反应动力学方面取得了巨大成功，该技术在热分析行业中也获得同行的广泛认可。

图1：矢量热分析理论的逻辑框架

据研究人员介绍，矢量热分析以矢量化思维逻辑为基础，透视多维表观检测信号与反应本征信息之间的内在物理关系，彻底改变以往传统热分析多基于表观检测信号的单一模式检测、经验性推断或者线性标定-数据解析的模式。在基础理论与思维方式突破后，研究人员将矢量热分析原创理论转化为引领国内外热分析领域科学仪器的发展动力。在中国科学院科研仪器设备研制项目的资助下开发了反应过程气相组分实时产率分析仪，实现了反应过程全气相组分的种类辨识及其实时摩尔质量变化率定量解析，其技术水平与品牌优势赢得国内外同行的高度认可。研究人员目前凭借这一技术优势，打破长期以来国外热分析企业对国内仪器形成的技术壁垒，显著提升国产仪器的国际竞争力，助力国产热分析仪器大发展。

图2：反应过程气相组分产率实时分析仪

责任编辑：杨永明