我國熱分析技術領域的研究取得重大突破

　　近日，北京科技大學李榮斌與中科院工程熱物理所夏紅德等人構建出全新的矢量化熱分析理論框架和方程方法。據介紹，這一理論和方法的誕生，既為復雜反應過程的檢測分析提供了科學的研究范式，更從根本原理上支撐國產熱分析儀器發展打破國外技術壁壘，并實現未來的技術引領。據了解，熱分析應用于物質熱物理變化和反應過程的檢測已歷經兩百余年，期間包括聯用技術的各類硬件不斷更新、升級、換代，其主要目標在于更科學分析反應過程的動態特征。目前，盡管熱分析儀器以及和熱分析相關的技術等已廣泛應用于能源、化工、冶金、醫藥、生物、航天、材料等領域，然而面對實際復雜反應過程時，基于物質總包變化的熱分析方法仍以各類單純的、主觀經驗性數學手段為主，尚缺乏具有準確物理內涵的理論和方法體系。

　　為此中科院熱物理所與北科大科研人員聚焦熱分析表觀檢測信號與反應本征信息的物理關系本質，構建了符合反應客觀規律的高維矢量熱分析基礎理論與技術方法體系。矢量熱分析理論在國際上首次采用具有物理內涵的矢量化邏輯，基于反應的化學計量關系矩陣與執行速率矢量等本征信息，建立了反應體系固液相總質量變化、全氣相組分摩爾變化以及熱力學等表觀信號的多參數矢量聯立方程，從理論層面徹底破解了表觀檢測信號與反應本征信息之間的實時多參數非線性映射關系（見圖1）。據研究團隊人員介紹，矢量熱分析技術能夠適于各類簡單和復雜反應過程的辨識和定量解析，已在提升復雜反應過程的檢測精度、辨識多反應過程、辨別反應機理和定量反應動力學方面取得了巨大成功，該技術在熱分析行業中也獲得同行的廣泛認可。

　　圖1：矢量熱分析理論的邏輯框架

　　據研究人員介紹，矢量熱分析以矢量化思維邏輯為基礎，透視多維表觀檢測信號與反應本征信息之間的內在物理關系，徹底改變以往傳統熱分析多基于表觀檢測信號的單一模式檢測、經驗性推斷或者線性標定-數據解析的模式。在基礎理論與思維方式突破后，研究人員將矢量熱分析原創理論轉化為引領國內外熱分析領域科學儀器的發展動力。在中國科學院科研儀器設備研制項目的資助下開發了反應過程氣相組分實時產率分析儀，實現了反應過程全氣相組分的種類辨識及其實時摩爾質量變化率定量解析，其技術水平與品牌優勢贏得國內外同行的高度認可。研究人員目前憑借這一技術優勢，打破長期以來國外熱分析企業對國內儀器形成的技術壁壘，顯著提升國產儀器的國際競爭力，助力國產熱分析儀器大發展。

　　圖2：反應過程氣相組分產率實時分析儀