热分析仪器支持全球突破性研究的10个示例

作者:Olivier Savard

热分析提供了关于材料特性的基本信息，以及材料在现场的可能表现。这一点及其相对简单性，使得像差示扫描量热法（DSC）和热重分析法（TGA）这样的技术对于那些开发用于苛刻应用的新型材料的企业来说非常宝贵，例如药物和医疗器械。以下仅举10个示例说明热分析仪系列如何支持全球突破性的研究。

1. LED散热器新材料的发展

由于铝的成本低、重量轻，且其性能可通过改变成分来定制，因此聚合物复合散热器是铝的绝佳替代品。

人们有意以此方式将石墨烯用作纳米填料，但是它的大表面积使得通过聚合物基质难以均匀分散。为了解决此问题，《Graphene-based thermoplastic composites and their application for LED thermal management》作者Cho等人正在试验石墨烯和聚合物之间的桥接材料，使用差示扫描量热仪来确定复合材料的热稳定性和转变温度。

2. 开发具有特定表面特性的聚合物

新材料研究的目标之一是创造高强度、低重量和良好热稳定性的材料。此类特性可通过蜂窝结构表现，目前的研究集中在创建具有功能化空腔的微图案化聚合物表面。控制颗粒在此类材料中的分布对于控制它们的特性至关重要。

《Amino-functionalizedbreath-figure cavitiesinpolystyrene–alumina hybrid films: effect of particleconcentration and dispersion》的作者Lakshmi等人正在研究聚苯乙烯-氧化铝杂化膜。文中运用差示扫描量热同步重量分析仪来测定苯乙烯改性氧化铝颗粒的有机含量。

3. 药物释放的水凝胶表征

《Analysis of Water State and Gelation of Methylcellulose Thermo-reversible Hydrogels by Thermal Analysis and NMR》的作者Nishimoto等人一直在研究在制药应用中用作水凝胶的甲基纤维素（MC）。

MC水凝胶的某些特性，如凝胶温度的变化，会影响药物的释放。本研究中用差示扫描量热仪来评估MC和聚乙二醇添加剂之间的相互作用。

4. 测定合成材料的基本热性质

只要热行为是新型合成材料研究的关键部分，热分析即对表征热性质至关重要。例如，《Designing the thermal behaviour of aqueous biphasic systems composed of ammonium-based zwitterions》的作者Ferreira等人一直致力于设计铵基两性离子（ZIs）的热行为。差示扫描量热仪在确定ZIs的基本热性质（包括分解温度）方面发挥了很大作用。

5. 壳聚糖接枝苯乙烯工艺的优化

开发新型聚合物材料面临的挑战通常是获得合适的特性，在这种情况下，壳聚糖的表面特性通过在其上接枝苯乙烯来改性。对所得材料的表征进行了深入研究，并且热分析在确定共聚物材料所得的热稳定性方面发挥了作用。

本研究《Amino-functionalized breath-figure cavities in polystyrene–alumina hybrid films: effect of particle concentration and dispersion》使用了差示扫描量热仪。

6. 研究潜在聚变能材料的热性质

钛酸锂被视为一种可提供聚变能反应堆所需的氚的潜在材料。钛酸锂通过碳酸锂和二氧化钛之间的反应产生，《Investigating thermal and kinetic parameters of lithium titanate》的作者Sharma和Uniyal对这一反应进行了研究。热重分析（TG）用于全面理解该反应中涉及的动力学机制，用于该研究的热分析仪器为差示扫描量热同步重量分析仪。

7. 研究超薄材料的热性质如何变化

随着材料变得越来越小，其性能越来越依赖于表面特性，而不是体积特性。这项研究（由《Morphology and phase transitions of n-alkyl alcohol microcrystals》的作者Iwasa等人完成）结合了差示扫描量热法和原子力显微镜来了解表面特性对n-烷基醇微晶相变行为的影响。

8. 曝光后药物有效性分析

一些药物在光照下会降解。《Photodegradation assessment of ciprofloxacin, moxifloxacin, norfloxacin and ofloxacin in the presence of excipients from tablets by UPLC-MS/MS and DSC》的作者Hubicka等人的这项研究集中于氟喹诺酮类抗菌药物的有效性。

此类材料会产生光降解，这将降低其抗菌效果，并可能导致副作用。结合UPLC-MS/MS方法，运用差示扫描量热仪来比较辐照前后的样品。

9. 了解片剂中的药物释放和溶出度

片剂药物在体内的溶解方式是药物研究的一个重要部分。在这项研究中，《The DSC approach to study non-freezing water contents of hydrated hydroxypropylcellulose (HPC)》的作者Talik和Hubicka研究了水合羟丙基纤维素（HPC）的非冷冻水含量，以更好地了解不同溶解度的化合物和不同分子量和黏度的HPC的药物释放。用于研究的热分析仪为差示扫描量热仪。

10. 影响材料多晶型转变温度的因素研究

多晶型物质可以从一种晶体结构转变为另一种晶体结构。《Tunable Polymorphic Transformation Temperature》的作者Yokata等人研究了三联吡啶（terpy）的多晶型效应，发现转变温度可调，具体取决于起始晶体的研磨水平。研究中运用差示扫描量热仪测定不同条件下的转变温度。