目次
材料特性評価の段階
素材はさまざまな方法で分類され、説明される。 例えば、外見や特定の物理的パラメータ、あるいは匂いや味といったより主観的な印象に基づいて。
密度、硬度、熱容量、または導電率
化学組成をできるだけ正確に把握するために、通常は明確に定義され測定可能な材料特性を記述する。 密度、硬度、熱容量、導電率などの材料定数は、しばしばこの目的に使用される。 これらの値は、参照する相が安定している限り、ほとんどの材料で一定である。
物質の状態
相は通常、物質中の均質な組成である。 相という用語は、物質の 状態（固体、液体、気体）だけでなく、固体中の特定の領域内の結晶 格子構造や化学修飾を指すこともある。 物質が同時に異なる相に存在することがあることに注意することが重要である。
相転移の決定
材料が現在どの相にあり、どのようなパラメータがいつ適用されるかを知るためには、材料の 相転移を知り、決定することが特に重要である。 相転移は通常、ある温度やエネルギーレベルに達したとき、あるいは圧力や化学反応の影響を受けたときに起こります。
どのような相転移があるのか？
相にはさまざまな定義（物質の状態、結晶構造、修飾など）があるため、相転移もさまざまである。
最も単純な場合、相転移は、例えば固体から液体へのような、物質の状態の純粋な変化を表す。
相転移は通常、いわゆる ポール・エーレンフェストによるエーレンフェスト分類.
この文脈では、体積のような熱力学量、 エンタルピーエントロピーのような熱力学量は、通常、温度の関数として考慮される。
相転移はいわゆる次数に分けられ、温度に対する考察された量の関数のn次数は、n次微分において不連続を示す。
関数そのものとn-1次導関数は連続である。
実際には、1次と2次の相転移のみが区別されます。
1次の相転移の例としては、以下のようなものがある：
- 物質の固体、液体、気体の状態間の変化、特に
- 融解（固体から液体への移行）
- 蒸発（液体から気体への移行）
- 昇華（固体から気体への移行）
- 凝固または凍結（液体から固体への移行）
- 凝縮（気体から液体への移行）
- 再昇華（気体から固体への移行）
2次の相転移の例としては、以下のようなものがある：
- 臨界温度またはキュリー温度における強磁性と常磁性との間の変化
- 異なる磁気次数間の変化、例えば、整合磁気構造から非整合磁気構造への変化
- 強誘電挙動と誘電挙動の変化
- 超伝導への移行
通常、1次の相転移では、秩序パラメータ（密度、エントロピー、自由エンタルピーなど）にジャンプがある。 一方、2次相転移では、秩序変数は連続的に変化する。 二次導関数においてのみ、例えば熱容量のような急激な変化がある。
相転移の測定方法は？
熱分析における相転移は、通常、示差熱量計DDK（英語）を用いて測定されます。 示差走査熱量計 – DSC).
例えば、物質の状態や結晶構造の変化によって、測定温度範囲内でDSCを用いた測定中に物質が相転移を示す場合、DSCを用いればこれを十分に追跡することができます。
ほとんどの相転移はエネルギーの吸収（吸熱）または放出（発熱）を伴い、これは熱流の変化として検出することができます。
DSCは、試料ホルダーに接触している1つ以上の熱電対を通してこれらの温度変化を測定し、正確な試料温度を周囲温度および基準試料と比較します。
そして、ある時間におけるサンプルの正確な熱流量を、基準となるサンプルとの差から読み取ることができます。
試料と基準試料の間の熱流に差がある場合、その差の符号は、吸熱プロセスか発熱プロセスかを示します。
また、温度に対してプロットされた効果の発生位置は、それがいつ発生したかを非常に正確に示します。
試料温度を正確に測定すればするほど、DSCの分解能と感度は向上する。
相転移、特に2次の相転移の場合、加熱速度は相転移をどれだけ検出できるかに大きく影響します。
加熱速度が遅すぎると、試料とリファレンスのエネルギー差がオーブンやヒーターによって補正されるため、効果はほとんど検出できないことが多い。
加熱速度が速すぎる場合、効果はより可視化されますが、高温にシフトします。
