DSC 상위버전 ; 초미세 MICRO DSC

DSC 상위버전 ; 초미세 MICRO DSC

모델 칼벳은 (=CALVET) 패밀리는 모듈 교체형 디자인으로, 아래 다양한 Family Model 7종류 중 선택 구매 가능 합니다. 기본적으로 3D 초미세 MICRO DSC센서 장착 가능 합니다.

1.모델 CALVET ;

-온도 제어 ; 주변온도 ~ + 300℃

-압력 측정 및 제어 (선택사양) ; 350bar [=5,075psi] ; 600bar [=8,700psi] ; 1000bar [=14,600psi]

-최대 샘플 Cell 크기 ; 12.5 ㎖ (표준 셀) = 12,500 ㎕,

-샘플셀 과 Reference셀 동시 측정

-측정 분석 선택 사양 : 8가지 중요 측정 옵션, 3D (Calvet Sensor), Cp (Heat Capacity), Gas Sorption Analysis, Humidity, Pressure Vacuum, Corrosive Reactive Gases, Coupling with Gas Pro(고압흡착 측정). 아래 그림 이미지에 있습니다.

-최고의 열 측정 정확도 줄 효과 교정을 갖춘 열전대 기반 Calvet 3D 고정밀 고해상도 센서, Cp 비열용량을 정확히 측정하기 위한 장치

-등온 열량 측정 (Isothermal Calorimeter)

–혼합열량(Mixing/Stirring) 측정

=>Mixing Calorimeter ; 두 개 이상의 샘플을 혼합하여 측정할 수 있는 열량계. 물리적, 화학적 반응에서 방출되거나 흡수되는 열량을 측정하는 데 사용. 고체-액체, 액체-액체, 액체-기체 혼합물에 대한 반응열이 발생할 경우 반응열을 표준샘플과 비교하여 정밀하게 측정 하는 방법.

2.모델 CALVET CRYO ;

-온도 제어 ; -196~200℃도씨, 최대 영하 -196°C

-압력 측정 및 제어 (선택사양) ; 100bar [=1,450psi] ; 600bar [=8,700psi] ; 1000bar [=14,600psi]

-최대 샘플 Cell 크기 ; 12.5 ㎖

-혼합열량(Mixing/Stirring) 측정, Mixing Calorimeter.

-7가지 중요 측정 옵션은 아래 그림 이미지에 있습니다.

3.모델 CALVET HT ;

-온도 제어 ; 주변온도 ~ +600°C

-압력 측정 및 제어(선택사양) ; 100bar [=1,450psi] ; 300bar [=4,350psi] ; 400bar [=5,800]

-혼합열(Mixing/Stirring) 측정, Mixing Calorimeter.

-8가지 중요 측정 옵션은 아래 그림 이미지에 있습니다.

4.모델 CALVET PRO :

-온도제어 ; 주변온도~ +600 °C, 주변온도~ +830°C, -120 to 200 °C (with cooling accessory)

-압력 측정 및 제어 ; 400bar [5,800psi] (measured and controlled) ; 500bar [ 7,250psi] (resistant)

-최대 샘플 Cell 크기 ; 0.32 ㎖ =320 ㎕

-TGA를 포함 총 10가지의 가장 다양한 측정 옵션 선택 구매 가능 (아래 상세 그림 이미지 참조 바랍니다.)

5.모델 CALVE LV ;

-온도제어 ; 주변온도~ + 200°C

-압력 측정 및 제어 ; 100 bar, 350 bar

-최대 샘플 Cell 크기 ; 93.3 ㎖ 또는 D형 배터리 2개,

-샘플셀과 Reference셀 총 4개 동시 비교 측정 가능.

-혼합열량(Mixing/Stirring) 측정, Mixing Calorimeter.

-6가지 중요 측정 옵션은 아래 그림 이미지에 있습니다.

6.모델 CALVET DC :

-온도제어 ; Up to 1300 or 1500°C , Up to 1400 or 1600°C

-Drop Calorimeter

-낙하 열량계를 이용한 고온 측정( 정확한 열용량 및 열 함량 측정을 위함). 상온(실온)의 샘플을 고온의 열량계에 떨어뜨려 샘플이 가열되면서 방출하거나 흡수하는 열량을 측정하는 방법 입니다.

자유낙하 시에 발생하는 순간열량변화를 측정하는 Drop Calorimeter는 열량 측정에 대한 새로운 기술의 하나이며, 대부분의 고온 열용량 측정 시에 이 분석법이 응용 됩니다. Drop calorimeter가 갖추어야 할 조건은 대용량 샘플의 수용 가능, 수직 원통형의 검측센서 구조, 두 개(sample & reference)의 crucible 응용 가능 여부.

-개선된 열용량과 열측정 센서( Calvet 3D 센서와 함께)

-정확한 열용량 및 열 함량(=엔탈피) 측정을 위한 낙하 열량계에 의한 고온 측정

-정확한 열용량, 상전이 열 및 유리 전이 측정을 위한 HEAT FLUX DSC에 의한 고온 측정

-등온(ISOTHERMAL) 또는 온도 스캔 ; 최대 1500°C 또는 1600°C

-여러 번의 연속 낙하 측정을 위한 AUTO SAMPLE CHARGER

-최대 1300 또는 1500℃, 셀 부피 최대 5㎖ (platinum crucible) 또는 5.7㎖ (alumina crucible)

-최대 1400 또는 1600℃, 셀 부피 최대 최대 0.45 ㎖

-대용량 crucible은 한번에 많은 양의 시료의 반복시험이 가능케 하며, 검교정은 사파이어와 같은 열용량을 알고 있는 standard sample을 이용

7.모델 CALVET DC 알렉시스 ;

-온도제어 ; 500~800℃, 500~1,000℃,

-Drop Calorimeter

-낙하 열량계를 이용한 동급 최고의 고온 측정(정확한 열용량 및 열 함량 측정을 위함)

-동급 최고 기술의 열량측정법 ; 개선된 열용량, 열적 상전이, 열함량(=엔탈피)

-고감도 고온 CALVET 3D 센서

-측정 드롭관과(=Measruement) 기준 드롭관을(=Reference) 갖춘 이중 드롭 기능

-등온 조건 ; 최대 800 또는 1000 °C

-인코넬 보호 튜브, 백금 라이너(옵션)가 있는 화학적으로 불활성인 실리카 기반 드롭 튜브, 시료 위의 대기 제어를 통해 시료 반응성을 미세하게 제어하고 센서 수명을 보존합니다.

-최대 셀 28ml(quartz cell) or 20ml(platinum crucible)

모델 칼벳 (=CALVET)은 모듈 교체 설계형으로, 아래 다양한 Family Model의 7종류 중 선택 구매 가능 합니다.

위 7종류의 모델 CALVET (=칼벳) Family에서, 아래 12가지 선택 가능한 측정분석 요소들 보실 수 있습니다.

초미세 마이크로 DSC =3D DSC 센서 기술

열용량(Cp) 측정 시 측정 감도를 높이기 위해서는 1. 시료의 양을 늘리는 방법과 2. 센서의 감도를 높이는 방법, 3. 그리고 승온속도를 높이는 방법이 있습니다.

SETARAM사에서 공급하는 Cp 측정용 샘플 도가니(=팬)은 380ul까지 담을 수 있는 대용량 샘플 도가니로 2D DSC 일반 샘플 도가니의 기본 용량인 약 30~120ul에 비하여 3.8배나 많은 양을 담을 수 있고, 승온 속도를 최대 100℃/min까지 올릴 수 있습니다. 그리고, 고감도 센서 10개를 샘플 팬의 하단부와 측면을 연결하여 3 Dimension-Cp 개념으로 측정이 가능합니다.

세타람사의 3D DSC센서는 일반적인 판형 2D DSC센서가 700℃ 이상으로 열을 가할 경우, 급격하게 DSC센서의 측정 민감도가 나빠지는 것을 극복할 수 있습니다. 세타람사가 개발한 특수 3D DSC센서로 300~1,600℃ 에서 측정 민감도와 정확도가 매우 뛰어 납니다. 추가로, 일반적인 2D의 판형 DSC센서의 구조적인 한계 및 열 측정 센서의 40~50%의 열손실율은 샘플 측정 최대 도가니(=팬)를 30~120㎕ 부피 이내로 한정짓는 것이 대부분이나, 세타람사의 3D DSC센서는 380㎕ 샘플 도가니를 수용 할 수 있어서 다양한 샘플 크기의 열분석이 가능 합니다.

특히, 샘플 양이 커질 때의 장점으로는

1.신호 강도 증가

2.측정 결과 재현성 향상 ; 샘플 양이 많아지면, 열 흐름(열량) 신호가 강해져 **신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)**가 개선됩니다. 특히 작은 신호를 측정할 때 더 뚜렷한 데이터가 얻어질 가능성이 큽니다. 충분한 샘플이 있으면 측정 조건의 미세한 변화(예: 샘플의 고르지 않은 분포)로 인한 오차가 줄어듭니다. 결과적으로 데이터의 일관성과 재현성이 개선됩니다.

3.열전달 불균일성 극복 ; 샘플이 많으면 샘플 내부에서의 열 전달이 불균일해질 가능성이 있으나, 세타람사의 3D DSC센서는 열포착률이 95% 전후로 매우 뛰어남으로, 3D 센서로 측정시 대용량 샘플측정의 불균일성을 극복 합니다 .

2D 와 3D 센서의 차이 ; 2D는 샘플 도가니의 아래 표면만 측정 VS 3D는 샘플 도가니 전체의 부피 측정

아래 그림 오른쪽 1b-3D의 열량측정센서는 3D Calvet DSC센서로써, 여러개의 열정쌍(Thermocouple)을 직렬로 이루어진 링으로 연결된 열전퇴(=thermopile) 구조 입니다. 이 열전퇴는 열량계 블록내에서 실험 샘플과 팬(=도가니)를 둘러싸며 높은 열전도도를 가집니다. 열전퇴의 방사형 배열은 거의 완전한 통합을 보장하며, 이는 3D 센터 타입 DSC의 전체 온도 범위에서 평균적으로 94+/-1 % 의 열이 3D센서를 통해 전달되는다는 효율 비율 계산으로 검증 됩니다.(아래 그림 2b)

2D 센서와 3D 센서의 ; 온도 VS 측정효율 그래프

**2D센서는 온도를 증가 시킬 수록 열량 측정 효율이 점점 떨어짐을 보여 줍니다.

**3D Calvet DSC센서와 같은 높은 열 전도도의 해당 열전대 센서는 열량 측정 샘플 블록 내의 실험 볼륨을 모두 둘러싸고 있습니다. 이러한 열전대 센서의 방사형 배열은 열포착 효율의 거의 완전한 통합을 보장합니다. 이는 3D Calvet DSC 센서가 전체 가열 측정 온도 범위에서 열효율의 평균 94 ± 1%가 센서를 통해 전달된다는 것을 나타내는 효율 비율 계산을 (아래 우측, 그림 2b)와 같이 보여 줍니다.

-또 다른 매우 중요한 점은 몇 가지 극단적인 경우를 제외하고 3D DSC 센서의 감도가 더 이상 도가니(=팬)의 유형이나, 퍼지 가스 유형, 유량의 영향을 크게 받지 않는다는 것입니다.

-또한 1,200도씨 이상의 소재 금속 세라믹 수용액 등의 고온의 시험분석에서 일반적인 2D DSC센서의 측정 민감도가 많이 떨어지게 되나, 3D Calvet DSC센서는 이를 극본한 기술로 측정 민감도와 정확도가 매우 뛰어납니다.

3D DSC센서에서의 줄 효과(Joule effect)’라 불리는 전기 보정 방법의 우수성.

MICROCALVET 라인의 마이크로열량계는 최신 3D DSC 센서 설계를 적용하고 있습니다. 이 설계는 샘플 시료름 담는 셀(=홀더)과 기준 셀(=홀더)을 반도체 기반의 펠티어 소자(Peltier element)로 둘러싸는 방식으로, 복사, 대류, 전도 등 모든 형태의 열 흐름을 측정할 수 있습니다. 이 3D DSC센서는 최대 95%의 열 감지 효율을 자랑하며, 이는 일반적인 평판형 DSC(차등 주사 열량계) 센서의 효율인 30~50%와 비교해 탁월한 성능 차이를 보입니다

MICROCALVET 열량기에서는 이 줄 효과를 활용하여 기기 자체에서 열을 인위적으로 생성합니다. 즉, 기기 내부에 일정한 전류를 흘려서 정확한 양의 열을 발생시키고, 이를 기준으로 센서의 반응을 보정하는 방식입니다.

이 방식의 장점은 다음과 같습니다:

장점 설명

기준 물질 불필요 => 고온 또는 극저온에서도 보정 가능

반복성과 재현성 우수 => 실험 조건과 무관하게 일관된 보정 가능

정확도 향상 실시간으로 => 센서 반응을 열량 단위로 직접 계산 가능

왜 중요한가요?

기존 DSC 방식은 표준물질을 이용해 보정을 해야 해서, 시료 상태나 실험 환경에 따라 오차가 발생할 수 있습니다. 반면 줄 효과 보정은 실험 조건과 상관없이 절대적인 열량 기준을 제공하므로, 특히 정밀한 열 측정이 필요한 재료 과학, 제약, 촉매 연구 등에 매우 유리합니다.

줄 효과 보정(Joule effect calibration) 이 가능한 열분석기가 왜 액체 샘플의 비열 측정에 대하여 우수한가요 ?

***액체의 비열 측정이 까다로운 이유

대류 현상 발생 ;

액체는 고체와 달리 내부에서 쉽게 대류가 일어나 열이 비균일하게 전달될 수 있습니다.

표면 증발 및 반응 가능성 ;

일부 액체는 가열 시 증발하거나 공기 중 성분과 반응하여 측정값에 영향을 줄 수 있습니다.

물리적 위치 변화 ;

열이 가해질 때 액체가 움직이거나 팽창하면서 센서와의 접촉 상태가 달라질 수 있습니다.

이러한 이유들로 인해 정확한 열량 측정이 어렵고, 기존 보정 방식(예: 기준 물질 비교)이 충분한 정확도를 제공하지 못하는 경우가 많습니다.

***줄 효과 보정이 유리한 이유

요소 줄 효과 보정의 장점

정확한 열량 제공 => 전기적으로 발생시키는 열량이 수식(Q=I²Rt)으로 정밀 제어 가능

센서 직접 보정 => 열량계 내부에서 직접 열을 발생시켜 센서 감도 및 응답을 정확히 보정

기준 물질 불필요 => 액체 시료의 상태나 성질이 달라도 외부 기준물 없이 측정 가능

비접촉식 환경 대응 => 시료가 움직이거나 대류하더라도 열이 센서에 어떻게 도달하는지를 기준으로 판단

특히, 줄 효과 보정은 시료의 물리적 상태(고체, 액체, 기체)에 관계없이 동일한 원리로 열량을 정량화할 수 있기 때문에, 액체처럼 불안정한 상태에서도 상대적으로 높은 신뢰도를 유지할 수 있습니다.

Calvet 열량계는 고감도 3D 센서 기술을 기반으로 하여, 다양한 분야에서 정밀한 열 분석을 수행하는 데 활용됩니다. 특히 배터리 열 안정성 평가, 고분자 열 특성 분석, 촉매 반응 연구 등에서 그 유용성이 입증되었습니다.

배터리 열 안정성 평가

Karlsruhe Institute of Technology (KIT)의 IAM-AWP 배터리 열량계 연구소에서는 **Calvet 열량계(C80)**를 활용하여 리튬이온 배터리의 열적 거동을 정밀하게 분석하였습니다. 이 연구에서는 NMC622 양극재를 사용하는 코인 셀을 대상으로, 열 폭주(thermal runaway) 발생 전후의 발열 반응을 조사하였습니다. 이를 통해 배터리 구성 요소의 열 안정성과 반응 메커니즘을 이해하고, 안전한 배터리 설계에 기여하였습니다.

Innovation News Network

고분자 열 특성 분석

고분자 재료의 유리전이 온도(Tg), 용융 및 결정화 엔탈피, 열 안정성 등을 평가하기 위해 Calvet 열량계가 활용됩니다. 예를 들어, 폴리머의 열적 분해 메커니즘이나 산화 안정성을 분석하여, 신뢰성 높은 고분자 제품 개발에 기여할 수 있습니다.

De Gruyter Brill

촉매 반응 및 흡착 연구

Calvet 열량계는 촉매 반응의 발열/흡열 특성을 정밀하게 측정할 수 있어, 촉매의 활성도 평가나 반응 메커니즘 규명에 유용합니다. 또한, 흡착제의 열적 특성을 분석하여, 가스 흡착 및 저장 시스템의 효율성을 향상시키는 데 활용됩니다.

DSC 상위 버전 ; 초미세 마이크로 DSC,

모델 칼벳 프로(=CALVET PRO)의 개념 소개 ;

모듈 교체형으로 1대의 분석기에서 편하게 다양한 센서와 측정 장치를 교체 사용 가능 합니다. 3D MICRO DSC 센서 기본 장착

1. Joule(주울) 효과 라고 불리는 전기 캘리브레이션이 된 매우 안정적인 열측정 센서의 기술이 적용 되었으며, 고효율 고정밀의 마이크로 단위의 열량 까지 측정이 가능한 Calvet 3D sensor 장착

->일반 열량 측정센의 측정된 열 =>샘플에 의해 발생된 총 열의 30-50% + 열 교정의 70~30%. 교정 불확실성이 높으며, 신호의 큰 부분에서 충격이 있습니다.

->세타람사의 3D 마이크로 DSC 센서로 측정된 열 => 샘플에 의해 발생된 전체 열의 90% + 열 교정의 <10%. 교정 불확실성이 낮으며, 신호의 작은 부분만 충격이 있습니다.

2. 측정 센서와 제어 요소 ; DSC, 3D MICRO DSC, Cp(열용량), TGA, EGA(진화된 가스분석), 가스흡착분석, 습기제어측정, 압력 진공, 부식성 반응성 가스 열량계, 커플링(개스프로 옵션),

2. 온도 제어 (선택) ; 주변온도~ +600℃ , 주변온도~ +830°C, -120 to 200 °C (with cooling accessory 옵션)

3. 압력 제어 범위 : 최대 제어 및 측정 =>400 BAR = 40 MPa = 5,800 PSI (제곱인치파운드)

4. 외부 분석기 연결 가능 ; Manometry, BET, Gas Analyzers, Humidity Controllers and Gas panels.

5. 매우 편리한 상호 교환 도가니와 한개의 분석기에서 까다로운 시험이 가능 ; 고압력(500bar), 고진공 (10-4 mbar)의 연구와, 압력제어 측정, 충전층 반응기 실험 등 가능.

6. 최대 약 150ul까지 샘플까지 측정이 가능하여 샘플량이 제한적이어서 측정이 어려 웠던 비중이 작은 파우더나 많은 부피가 필요한 액체 샘플의 측정이 가능 합니다.

7. 소프트웨어 ; CALISTO 운영 분석 소프트웨어에는, 옵션에 따라 고객이 요청한 100개 이상의 기능이 포함되어 있으며, 열 분석 분야에서 가장 강력하고 유연하며 직관적인 데이터 처리 소프트웨어 입니다.

모델 칼벳 프로(=CALVE PRO)의 상세사양 테이블 ;

모델 칼벳 프로(=CALVE PRO)의 단면도를 통한 특징 설명 ;

Heat Capacity of Elastomers (=엘라스토머 소재의 열용량 측정)

모델 CALVET PRO DSC 로 측정분석

소개

엘라스토머는 유리 전이 근처에서 열용량의 중요한 변화를 보여줍니다. 전이 전후의 열용량에 대한 지식은 화합물의 사용 및 응용에 큰 유용성을 갖습니다. DSC 방법에서 열용량(Cp)은 샘플이 가열될 때 발생하는 열량에 비례합니다. Cp를 정확하게 결정하려면 두 번의 실행이 필요합니다. 첫 번째 실행은 빈 셀(샘플 및 참조)을 사용하고 두 번째 실행은 동일한 셀을 사용합니다. 샘플과 함께 두 실행의 곡선 사이의 차이는 샘플의 열용량을 나타냅니다.

실험

• 시료 : 천연고무(156.7mg) 폴리클로 로프렌(230.8mg)

• 도가니 : 알루미늄

• 가열 모드 : 스캔 5°C/분

• 대기온도 이하 냉각 액세서리 사용

결과 및 결론

유리전이 전후의 비열의 평균값은 다음과 같습니다. (cal.g-1.°C-1 단위).

Tg 이전 Tg 이후

천연 고무 0.240 0.360

폴리클로로프렌 0.190 0.300

유리 전이로 인한 열용량 변화는 천연 고무의 경우 0.12 cal.g-1.°C-1이고 폴리클로로프렌의 경우 0.11 cal.g-1.°C-1 입니다.

폴리머 소재의 고압 환경에서 유리전이온도 특성 분석 ;

모델 MICRO CALVET 으로 측정 분석

소개

엘라스토머는 유리전이온도(Tg) 이하로 냉각되면 탄성을 잃고 부서지기 쉽습니다. 밀봉 목적으로 사용되는 엘라스토머 O-링의 경우 유리전이온도 Tg는 사용 온도의 최하한에 해당합니다. 고압 시스템에 사용하면 Tg가 더 높은 온도로 이동할 수 있으므로 문제가 발생합니다. 고압 시험 기능을 갖춘 모델 MICRO CALVET은 순수한 등압 온도 스캐닝 실험을 허용하므로 Tg 의존성과 압력을 조사하는데 가장 적합 합니다.

실험

엘라스토머 O-링은 1, 100 및 400 bar의 질소 압력하에서 1K/분의 속도로 -40°C에서 20°C 사이에서 가열 되었습니다.

결과 및 결론

유리 전이 온도(Tg)는 엘라스토머의 열용량 변화 덕분에 각 압력에서 결정될 수 있습니다. Tg는 압력에 따라 증가하며 1bar에서 400bar 사이에서 약 10°C 씩 이동합니다. 첫 번째 접근 방식으로, Tg의 변화는 1의 R2 값이 테스트된 압력 범위에 대한 선형 방정식으로 설명됩니다.