差示掃描量熱法（DSC）是指在程序控制溫度下，精確測量樣品與參比物之間熱流差來分析材料熱性能的熱分析儀器?。其核心工作原理是在程序控溫（升溫、降溫或恒溫）過程中，實時監測并記錄兩者因物理或化學變化引起的熱量差異?。

目前，雖然DSC曲線一定程度上可以依靠軟件AI功能輔助判斷，如梅特勒熱分析軟件STARe中的AIWizardTM功能，但全面的分析和評估仍需結合用戶自身的熱分析經驗及對樣品可能反應的了解。本文選取了非常經典的DSC曲線，來提供系統性解讀DSC曲線的實用建議。

圖1熔融過程：a:非聚合物類純物質；

b:含有共晶雜質的混合物；

c:部分結晶聚合物；

d和e:伴隨分解的熔融；

f:液晶

樣品的熔融焓值和熔點，可以從DSC升溫熔融曲線上確定。對于純凈物質，當熔融峰的低溫側幾乎是一條直線時（見圖1a）,熔點對應的是起始點（onset）,熔融峰值越尖銳，說明物質越純凈;不純物質或者混合物會顯示多個峰，具有共晶雜質的物質表現為兩個峰（見圖1b），首先是共晶峰，其大小與共晶雜質的含量成正比，然后是主要的熔融峰，有時候共晶是無定形的，就只有主要的熔融峰；如果是不純的聚合物，由于晶體的尺寸分布，部分結晶的聚合物會產生非常寬的熔融峰(見圖1c)；還有許多有機化合物在熔融時伴隨分解（放熱或者吸熱，見圖1d和圖1e），可以結合測試前后樣品質量變化判斷；液晶在熔融之后仍然可以保持各向異性，熔體只有發生一個或多個小而尖銳的相轉變峰之后才能變得各向同性（圖1f）。

圖2結晶過程：a:純物質

b:不同液滴各自在不同過冷度下凝固

c:發生無定形凝固的熔體

d：含有低共熔雜質的樣品

e:經驟冷的熔體在升溫至玻璃化

轉變溫度以上時發生結晶（冷結晶）

f:部分結晶聚合物 g:液晶

晶態材料的DSC冷卻曲線上放熱峰是結晶峰，峰面積大約與熔融峰相同。由于熔融是有溫度依賴的，因此根據過冷程度，差異可達20%?？焖俳Y晶的物質在成核之后顯示幾乎垂直的曲線，直到達到熔點(如圖2a和2g)；如果液相是由許多單個液滴組成，那么每個液滴的超冷卻程度都不同，因此會觀察到幾個峰值（圖2b）；有機化合物和其他“不易結晶"的化合物在冷卻時凝固形成固態玻璃(如圖2c); 當含有共熔雜質的樣品，在發生熔融后冷卻，主要成分也會結晶出來（如圖2d），此類無定形樣品在加熱至玻璃化轉變之上時會開始結晶。冷結晶通常會分為兩步進行，在進一步的加熱過程中，可能先發生多晶型轉變，然后固態物質才最終熔融（如圖2e）；聚合物熔融，然后在一定過冷后結晶（2f）;液晶的熔體冷卻時，首先會發生介相轉變，隨后的結晶表現出典型的過冷效應（圖2g）

圖3臺階式轉變：a:玻璃化轉變

b:伴隨焓松弛的玻璃化轉變

c:反向轉變 d:居里轉變

在非晶質物質發生玻璃化轉變時，比熱容一般會增加約0.1-0.5J*g/k，這也是為什么DSC曲線會出現在吸熱方向向上顯示特征性偏移（見圖3a）。長時間儲存在玻璃化轉變溫度Tg以下樣品的第一次測量，通常表現出一個吸熱峰（見圖3b），其面積為1J/g至大約10J/g，而且這個峰在冷卻(見圖3c)或者再加熱時都觀察不到，玻璃化轉變過程覆蓋溫度范圍為10K到30K?？梢酝ㄟ^檢查樣品在Tg以上是否明顯柔軟、幾乎液體或者橡膠態，來確定一個類似玻璃化轉變的效應。還有λ轉變這些類型的固固相變便顯出Λ形Cp溫度函數，其中最重要的就是鐵磁居里轉變，可以用它來校準TGA儀器的溫度，它的DSC信號比較微弱（見3d）。為了驗證這個轉變過程，可以用一個小磁鐵檢查樣品是否在居里溫度以上不再具有磁性。

圖4化學反應的曲線形狀：a:理想的放熱反應；

b:伴隨“干擾性"物理轉變

且發生分解的反應；

c:伴隨副反應的化學反應；

d:密閉坩堝內有機樣品被殘留

氧氣部分氧化的反應

一般來說，化學反應只能在第一次加熱測試中測量。冷卻至起始溫度時，反應產物化學性質穩定，因此再次加熱時不會發生進一步反應。在某些情況下，一次加熱中反應沒有進行，再次加熱時可以觀察到微弱的后續反應（比如環氧樹脂的固化）。

化學反應峰的半寬約為10K到70K,沒有明顯重量損失的化學反應通常是放熱的（焓值一般在1J/g到20000J/g，見圖4a和4b），其它傾向于吸熱，因為膨脹做功占主導地位。理想情況下，化學反應的DSC曲線顯示一個單一的平滑峰（圖4a）。然而在實際測試中，其它效應和反應往往重疊并扭曲峰形，例如添加劑的熔融（圖4b）,或者次級分解反應（圖4c）。

常見的重量顯著損失的化學反應有：熱分解（在惰性氣體下的熱分解）、金屬腐蝕、有機化合物氧化。常見的重量無顯著損失的化學反應有：聚和、重排、有機樣品的氧化，例如聚乙烯與密閉坩堝中殘留的氧氣反應（見圖4d）。

DSC曲線是解讀材料熱行為的核心依據，本文主要幫助大家解釋DSC曲線，但是單一曲線常難以全面揭示熱效應本質，我們也可以通過其他方法結合來進行輔助確認。比如熱重分析（TGA）可通過質量變化區分物理轉變與化學反應；熱機械分析（TMA）、動態力學分析（DMA）從形變或模量角度輔助確認玻璃化轉變；逸出氣體分析（EGA）聯用質譜/紅外，精準識別反應釋放的氣體組分；顯微熱臺則直觀捕捉樣品形貌演變，關聯宏觀曲線與微觀結構。還有一些物理和化學方法可用，取決于樣品類型，可在每個熱效應發生后應用。針對不同特性的樣品，唯有設計更具針對性的實驗方案，才能實現對材料的精準分析與深度挖掘。