下一代熱分析量熱儀器創(chuàng)新與應(yīng)用

　　【化工儀器網(wǎng) 會議新聞】熱分析量熱儀器是分析儀器中的一個重要分支，其通過控制樣品在特定溫度或溫度變化狀態(tài)下，測量樣品在該過程中的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，從而研究物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、分解行為、相轉(zhuǎn)變、熔融過程等特性。熱分析量熱儀器在材料科學(xué)、化學(xué)化工、生物醫(yī)藥、能源與環(huán)境等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。我國的熱分析量熱儀器研制起步時間雖與歐美發(fā)達(dá)國家相差不遠(yuǎn)，但是產(chǎn)業(yè)化、市場化相對薄弱，導(dǎo)致傳統(tǒng)高端熱分析量熱儀器被國外品牌壟斷的現(xiàn)狀。
 

　　針對這一現(xiàn)狀，本次中國分析儀器學(xué)術(shù)大會特別設(shè)立“下一代熱分析量熱儀器創(chuàng)新與應(yīng)用”論壇，著重討論如何運用微納加工、微流控等技術(shù)開展下一代熱分析量熱儀器的研制，探索熱分析量熱儀器“彎道超車”的可能性路徑；討論熱分析量熱儀器在基礎(chǔ)科學(xué)、能源材料、生命健康等領(lǐng)域新發(fā)展中的應(yīng)用，探索新需求牽引下的國產(chǎn)熱分析量熱儀器發(fā)展道路。論壇擬通過半天的交流，希望能促進(jìn)熱分析量熱技術(shù)進(jìn)步及產(chǎn)品迭代、國產(chǎn)儀器市場份額的提升等。
 

　　組織機(jī)構(gòu)：中國計量大學(xué)計量測試與儀器學(xué)院
 

　　論壇主席：清華大學(xué)化學(xué)系 尉志武教授
 

　　論壇召集人：中國計量大學(xué)計量測試與儀器學(xué)院 丁炯副教授
 

　　專題論壇日程安排：
 

　　論壇主席

 

　　尉志武，清華大學(xué)化學(xué)系教授。獲清華大學(xué)化學(xué)系學(xué)士學(xué)位(1984)和碩士學(xué)位(1987)、英國倫敦大學(xué)博士學(xué)位(1995)，美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校博士后(1996-1998)。主要研究領(lǐng)域為化學(xué)熱力學(xué)與分子光譜學(xué)?，F(xiàn)任中國化學(xué)會理事、化學(xué)熱力學(xué)與熱分析專業(yè)委員會主任、國際熱分析聯(lián)合會(ICTAC)科學(xué)獎勵委員會委員、《Journal of Molecular Liquids》編輯，《Thermal Advances》顧問編輯，《物理化學(xué)學(xué)報》和《Molecules》編委。
 

　　報告人簡介及報告摘要
 

　　報告人：西北工業(yè)大學(xué) Pavel Neuzil 教授
 

　　報告題目：Advanced Microcalorimetric Analysis using Stationary Droplets and Flow-through Systems
 

　　Prof. Pavel Neuzilis a researcher at the School of Mechanical Engineering at Northwestern Polytechnical University in Xi'an, China. With a Ph.D. in Electrical Engineering from the Czech Technical University in Prague, he has over three decades of experience in microfluidics, MEMS, and biosensors. Dr. Neuzil's work has significantly advanced microfluidics, bolometers, and calorimeters. His pioneering research in microfluidics has led to the development of sophisticated lab-on-a-chip devices crucial for various biomedical applications, including diagnostics and therapeutic monitoring. In bolometers, Dr. Neuzil has focused on enhancing the sensitivity and accuracy of these devices and their instrumentation, which are essential for detecting minute temperature changes. His work on microcalorimeters has similarly pushed the boundaries of thermal analysis, enabling precise measurements of thermal properties and phase transitions in small sample volumes, which is particularly relevant for studying complex processes such as crystallization. Dr. Neuzil leads a dynamic research group at Northwestern Polytechnical University to develop innovative micro- and nanoscale devices for biomedical and environmental applications. His recent work includes a novel continuous heat pulse measurement (CHPM) technique, providing deeper insights into various materials' thermal properties and phase transitions. Prof. Neuzil has over 150 journal publications, has authored several book chapters, and holds numerous patents in microtechnology.
 

　　報告摘要：Microcalorimetry has long been established to measure thermal power, enthalpy, and heat capacity. Our work focuses on the crystallization processes of water and KCl solution droplets using two calorimeters: a droplet-based microcalorimeter and a flow-through calorimeter. Real-time temperature changes in sessile droplets exposed to periodic heat pulses from an LED source were recorded and analyzed with high accuracy and minimal variation. Experiments involved dispensing a 400 nL droplet onto the microcalorimeter surface, observing dynamic heat capacitance (Cp) values and thermal power (P) data, and gaining detailed insights into phase transitions and energy transfer mechanisms during evaporation and crystallization. The flow-through calorimeter further complemented these observations by enabling continuous monitoring of thermal properties in flowing samples. During the evaporation of water and KCl solution droplets, the endothermic process of water evaporation and the exothermic crystallization of KCl were distinguishable. These findings highlight the study's potential in understanding complex crystallization dynamics. Decoupling thermal events during these processes is particularly beneficial for various fields such as materials science, biochemical analysis, and pharmaceutical manufacturing. This research underscores the significant role of microcalorimetry in studying crystallization, offering a robust method for dynamic thermal analysis and contributing to the broader understanding of material behavior. Comprehensive insights into the thermodynamic properties of materials facilitate advancements in energy storage, thermal management, and material characterization.
 

　　報告人：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 史全研究員
 

　　報告題目：液氦溫區(qū)絕熱量熱儀器研制
 

　　史全，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師、熱化學(xué)研究組長?，F(xiàn)任中國化學(xué)會熱力學(xué)與熱分析專業(yè)委員會委員、中國計量測試學(xué)會熱物性專業(yè)委員會委員、Chemical Thermodynamics and Thermal Analysis編委、遼寧省能源材料熱化學(xué)重點實驗室主任、大連市能源材料熱力學(xué)技術(shù)創(chuàng)新中心主任。致力于能源材料化學(xué)熱力學(xué)研究，建立了1.9-1700K溫區(qū)熱容精密測量裝置與功能拓展技術(shù)，為能源材料研究提供了熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與量熱方法；開發(fā)了多種新型相變材料體系與應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)了其在儲能與控溫領(lǐng)域中的應(yīng)用；在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文170余篇，申請及授權(quán)專利100余項，主持多項國家及省部級科研項目，榮獲遼寧省科學(xué)技術(shù)獎勵2項。
 

　　報告摘要：液氦溫區(qū)絕熱量熱儀器能夠準(zhǔn)確測定凝聚態(tài)物質(zhì)熱容數(shù)據(jù)，研究與理解物質(zhì)晶格振動、電子、磁性、相變等相關(guān)的能量信息，建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)的熱力學(xué)關(guān)聯(lián)，是開展實驗熱力學(xué)研究的重要手段。本報告介紹了研究團(tuán)隊在液氦溫區(qū)絕熱量熱儀器研制及其應(yīng)用于材料熱力學(xué)性質(zhì)研究方面的研究進(jìn)展。
 

　　報告人：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 丁延偉 教授級高級工程師
 

　　報告題目：新形勢下我國熱分析與量熱儀器的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)
 

　　丁延偉，博士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授級高級工程師，博士生導(dǎo)師。自2002年開始從事熱分析與吸附技術(shù)的分析測試、儀器應(yīng)用和實驗方法研究等工作，近年來主要從事熱分析與量熱儀研制和產(chǎn)業(yè)化工作，為安徽中科熱儀科技有限公司創(chuàng)始人、董事長?，F(xiàn)任中國化學(xué)會化學(xué)熱力學(xué)與熱分析專業(yè)委員會委員、中國熱裂解學(xué)會常務(wù)理事、中國儀器儀表學(xué)會分析儀器分會熱分析專家委員會委員、全國教育裝備標(biāo)準(zhǔn)化委員會化學(xué)分委會委員、中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會科學(xué)試驗領(lǐng)域委員會委員、安徽省機(jī)械學(xué)會理化分析與失效專業(yè)委員會副理事長、安徽省高校分析測試研究會理事長等。曾獲中國分析測試協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎(CAIA獎)二等獎，主持修訂教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《熱分析方法通則》(JY/T 0589.1~5-2020),以主要作者發(fā)表SCI論文60余篇，獲授權(quán)專利7項。以第一作者或唯一作者身份出版《熱分析基礎(chǔ)》、《熱分析實驗方案設(shè)計與曲線解析概論》、《熱重分析 —方法、實驗方案設(shè)計與曲線解析》等熱分析相關(guān)著作6部。
 

　　報告摘要：經(jīng)過近半個多世紀(jì)的發(fā)展，商品化熱分析儀器在材料相關(guān)的多個領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用，受到了越來越多的研究人員的重視。然而，在目前我國大多數(shù)科研實驗室中進(jìn)口熱分析儀器仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。報告人主要基于當(dāng)前進(jìn)口儀器廠商的多種不同型號熱分析與量熱儀器的特點和熱點應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合多年從事熱分析與量熱儀研制和產(chǎn)業(yè)化的工作經(jīng)歷分析在當(dāng)前形勢下我國熱分析儀器的發(fā)展機(jī)遇與面臨的挑戰(zhàn)。
 

　　報告人：廈門海恩邁科技有限公司 于海濤研究員
 

　　報告題目：基于變溫諧振集成微懸臂梁的熱分析儀器技術(shù)
 

　　于海濤，博士，廈門海恩邁科技有限公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員，福建省高層次人才(A類)，國家重點研發(fā)計劃首席科學(xué)家，中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會會員。分別于北京大學(xué)和中科院上海微系統(tǒng)所獲學(xué)士和博士學(xué)位，曾在Nano Lett.、Anal. Chem.等領(lǐng)域高水平期刊和IEEE MEMS等領(lǐng)域頂級國際會議上發(fā)表論文70余篇，授權(quán)各類專利30余項，編寫專著1本，編寫國家標(biāo)準(zhǔn)1項。2020年創(chuàng)立了廈門海恩邁科技有限公司，已獲數(shù)千萬元風(fēng)險投資，主要從事基于諧振MEMS技術(shù)的創(chuàng)新科學(xué)儀器的研發(fā)、制造與銷售，已服務(wù)于新加坡國立大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等數(shù)十所國內(nèi)外知名高校與研究所，推動其創(chuàng)新成果在國際知名期刊如Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等的發(fā)表。
 

　　報告摘要：針對傳統(tǒng)熱重分析儀樣品消耗量大、靈敏度低、熱滯后效應(yīng)嚴(yán)重、測試耗時長、樣品和氣氛受限制等缺點，顛覆已有的天平稱重、爐管加熱和熱電偶測溫的技術(shù)與方法，開發(fā)了具有片上熱分析功能的基于MEMS諧振傳感器的新一代熱重分析儀——芯片式熱重分析儀。與傳統(tǒng)儀器相比，在檢測分辨率、溫度控制范圍、升降溫速率、測試時間、樣品消耗量等方面，有巨大甚至數(shù)量級的提升。此外，該儀器還可以在對材料進(jìn)行熱重分析的同時，進(jìn)行原位實時的拉曼、紅外等光譜聯(lián)用分析，從而獲取程序升溫過程中樣品形貌、成分、基團(tuán)等的變化情況。除了熱重分析，該儀器還可進(jìn)行程序升溫分析、氣敏/吸附性能表征等，可廣泛應(yīng)用于各類材料的研究開發(fā)、工藝優(yōu)化與質(zhì)量監(jiān)控等領(lǐng)域。
 

　　報告人：中國計量大學(xué) 丁炯副教授
 

　　報告題目：鋰離子電池?zé)岚踩珶峁芾碇械臒岱治雠c量熱技術(shù)
 

　　丁炯，中國計量大學(xué)副教授，中國計量測試學(xué)會熱物性專業(yè)委員會委員，中國儀器儀表學(xué)會朱良漪分析儀器青年創(chuàng)新獎獲得者，《計量學(xué)報》青年編委，先后在浙江大學(xué)獲得學(xué)士與博士學(xué)位，曾在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)從事博士后研究工作，長期致力于量熱技術(shù)與儀器方面的研究。主持國家自然科學(xué)基金重大儀器項目課題1項，青年項目1項；國家重點研發(fā)計劃子課題2項；浙江省自然科學(xué)基金項目2項；以分項目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國防科工局某工程專項1項。發(fā)表高水平SCI期刊論文30余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利20余項；制定國家計量技術(shù)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)4項。近年來，研制和產(chǎn)業(yè)化了多款熱分析量熱儀器，新增銷售額過億元，部分儀器市場占有率超四成，解決了我國面向本質(zhì)安全的熱測量儀器的“卡脖子”問題，并獲2021年度公共安全科學(xué)技術(shù)學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎1項。
 

　　報告摘要：鋰離子電池安全性和性能衰減是行業(yè)的關(guān)注重點，研究鋰離子電池?zé)崾Э丶盁峁芾韰?shù)測試方法是探索電池安全邊界與失效危害、開展熱管理優(yōu)化的基礎(chǔ)。報告從熱分析及量熱技術(shù)出發(fā)，開展了針對鋰離子電池材料、單體熱穩(wěn)定性的測試方法，鋰離子電池單體充放電產(chǎn)熱測試技術(shù)，鋰離子電池單體比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等熱物性測試方法等研究，研制并產(chǎn)業(yè)化了一系列面向電池?zé)岚踩盁峁芾韰?shù)測試的儀器設(shè)備，為鋰離子電池行業(yè)的熱安全和熱管理發(fā)展提供的完整的測試技術(shù)支撐。此外，得益于我國鋰離子電池行業(yè)由跟跑、并跑、領(lǐng)跑的發(fā)展經(jīng)歷，催生了很多前所未有的鋰電池?zé)岚踩?、熱管理測試新需求，報告也將分享我國面向鋰離子電池?zé)岚踩珶峁芾碇械臒岱治雠c量熱技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷。
 

　　報告人：中國工程物理研究院化工材料研究所 陳捷正高級工程師
 

　　報告題目：補(bǔ)償測壓多通道等溫?zé)岱纸鉁y試系統(tǒng)
 

　　陳捷，中國工程物理研究院化工材料研究所特聘正高級工程師。四川大學(xué)分析化學(xué)/北京理工大學(xué)兵器工程碩士畢業(yè)。中國宇航學(xué)會彈藥安全技術(shù)專業(yè)委員會/中國兵工學(xué)會會員。主要研究方向為含能材料熱分析。獲授權(quán)發(fā)明、實用新型專利等16項。獲軍隊科技進(jìn)步獎一等獎、三等獎7項。主研設(shè)備2022年獲評中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會中國儀器儀表協(xié)會“科研儀器案例庫優(yōu)秀案例”。
 

　　報告摘要：熱分解測試技術(shù)是建立含能材料熱分解動力學(xué)模型，為能量計算傳遞參數(shù)，評估制備安全性和老化壽命的必要手段，也是含能材料從實驗室走向工程應(yīng)用不可或缺的實驗內(nèi)容。針對布氏壓力計在用于測試含能材料等溫?zé)岱纸膺^程中，單支試驗效率低、長時人工測試耗時耗力以及明火熔封布氏壓力計操作安全風(fēng)險高等問題，課題組發(fā)展了多通道布氏壓力計測量方式，攻克了指針偏移圖像識別聯(lián)動氣體補(bǔ)償?shù)闹悄芑瘔毫y試、壓力計樣品池自動熔封等關(guān)鍵技術(shù)，配備了溫度保護(hù)與電話值守聯(lián)動模塊，建立了國內(nèi)首臺基于補(bǔ)償測壓原理的智能化多通道等溫?zé)岱纸鉁y試系統(tǒng)，實現(xiàn)了“加樣自動化、測試智能化”的技術(shù)構(gòu)想，可對32個樣品在16個不同溫度下同時進(jìn)行長時連續(xù)測試。
 

　　報告人：北京科技大學(xué) 邱琳教授
 

　　報告題目：諧波法熱物性測量技術(shù)
 

　　邱琳，教授/博導(dǎo)、中共黨員，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者，北京市科技新星，北科鼎新學(xué)者。研究方向為先進(jìn)材料熱物性評價方法及熱輸運機(jī)理、生理監(jiān)測用可穿戴傳感器及設(shè)備、面向芯片散熱的關(guān)鍵材料及技術(shù)。以第一/通訊作者在Phys. Rep.、Angew. Chem. Int. Ed.、Carbon、Energy、Nano Res.、ACS Appl. 和Mater. Interfaces等國際高水平期刊上發(fā)表SCI論文85篇，總他引逾2600次，4篇曾入選ESI高被引論文(2篇曾入選熱點論文)，H-Index為30，獲授權(quán)發(fā)明專利14項、軟件著作權(quán)2項、省部級獎勵1項。擔(dān)任Rev. Sci. Instrum.副主編，Thermochimica Acta編輯，Carbon、Appl. Therm. Eng.、Sci. Rep.、J. Therm. Sci.、ACS Appl. Engin. Mater.編委，國家自然科學(xué)基金涵評及會評專家、國家級青年人才計劃、中國科協(xié)科技人才和獎勵、北京市自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金涵評專家。
 

　　報告摘要：2018年到2023年，我國數(shù)據(jù)中心能耗持續(xù)增長，2023年占全社會總能耗的比重為3.7%。數(shù)據(jù)中心傳熱設(shè)備所涉及材料種類多、尺寸跨度大、需要測量物理量多，對熱物性測試提出了挑戰(zhàn)?；谥C波法設(shè)計的多種構(gòu)型傳感器，可以實現(xiàn)微米級以上線型、薄膜、塊體和流體粉末材料的熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散系數(shù)和接觸熱阻測量。同時諧波法可實現(xiàn)高壓高溫的極端測量環(huán)境。結(jié)合3ω方法和掃描熱顯微鏡(SThM),實現(xiàn)了樣品形貌和熱物理性質(zhì)的同步納米尺度表征。測量得到單個二氧化硅納米顆粒的熱導(dǎo)率為0.95 Wm-1K-1。同時對赤蘚糖醇和各種硅基導(dǎo)熱增強(qiáng)復(fù)合材料的局部熱導(dǎo)率和楊氏模量進(jìn)行了表征，明晰了模量與熱導(dǎo)率間相關(guān)性。對Si3N4/SiO2范德華點接觸界面熱阻進(jìn)行了測量，結(jié)果與分子動力學(xué)模擬吻合較好。
 

　　關(guān)于ACAIC 2024
 

　　第九屆中國分析儀器學(xué)術(shù)大會(ACAIC 2024)將于2024年11月14-16日在廣東省深圳市召開。會議主題為“下一代分析儀器”，本次會議將研究和探討未來幾年分析儀器發(fā)展方向及布局建議，集中宣傳最新分析儀器及其關(guān)鍵部件高水平研發(fā)成果，進(jìn)一步提升用戶對國產(chǎn)儀器和國產(chǎn)關(guān)鍵部件的信心。
 

　　主辦單位：中國儀器儀表學(xué)會分析儀器分會
 

　　承辦單位：中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
 

　　專題論壇：
 

　　1.分析儀器重大研發(fā)成果進(jìn)展交流及展望論壇
 

　　2.生命科學(xué)創(chuàng)新與下一代分析儀器論壇
 

　　3.探索未來：下一代質(zhì)譜技術(shù)創(chuàng)新與突破論壇
 

　　4.光譜儀及核心元器件技術(shù)創(chuàng)新論壇
 

　　5.下一代熱分析與量熱儀器創(chuàng)新與應(yīng)用論壇
 

　　6.智能生物傳感技術(shù)創(chuàng)新論壇
 

　　7.下一代空間多組學(xué)檢測技術(shù)論壇
 

　　8.半導(dǎo)體材料/器件高質(zhì)量發(fā)展與下一代分析儀器論壇
 

　　9.下一代材料結(jié)構(gòu)與界面分析技術(shù)論壇
 

　　10.高質(zhì)量儀器共享和國產(chǎn)儀器推廣應(yīng)用論壇
 

　　詳細(xì)信息請見:第九屆中國分析儀器學(xué)術(shù)大會(ACAIC2024)第二輪通知
 

　　組織機(jī)構(gòu)簡介：
 

　　中國計量大學(xué)是一所以計量、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、市場監(jiān)管和檢驗檢疫為辦學(xué)特色的高等院校，是浙江省與國家市場監(jiān)管總局共建大學(xué)。學(xué)校設(shè)有19個學(xué)院(部、中心)，現(xiàn)有全日制在校普通本科生1.8萬余人，研究生近5000人，留學(xué)生400余人?，F(xiàn)有專任教師近1500人，其中具有高級職稱教師近700人，博士學(xué)位教師占比78%。中國計量大學(xué)計量測試與儀器學(xué)院是學(xué)校歷史最悠久、最具計量測試特色的學(xué)院，擁有本碩博(后)完整的人才培養(yǎng)體系。學(xué)院的儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科是承擔(dān)學(xué)校“學(xué)科登峰工程”建設(shè)的龍頭學(xué)科，建有全省唯一的博士學(xué)位點，先后入選浙江省重中之重學(xué)科，入選“省市共建”浙江省一流學(xué)科和省優(yōu)勢特色學(xué)科。工程學(xué)學(xué)科進(jìn)入ESI全球排名前1%行列。學(xué)院產(chǎn)學(xué)研氛圍濃厚，已孵化學(xué)科型國家專精特新企業(yè)2家。