弛豫量热技术在测量固体材料低温比热性质的研究进展

来源：中国科学杂志社

中国科学院大连化学物理研究所热化学实验室的史全研究员在《中国科学：化学》发表文章，详细介绍了弛豫量热技术的测量原理、发展历程以及测量技术的研究进展, 并结合当前热门研究领域, 简要概述了国内外学者利用弛豫量热技术测量材料低温比热及相关热力学性质的最新研究进展。

比热是物质最基础的热力学性质, 通过测量并研究物质低温比热不仅可以计算得到熵、焓、吉布斯自由能等热力学函数, 还可以获得有关物质物理性质、能量、结构及相变的信息, 为相关热力学问题的探索与研究提供重要依据。低温比热测量一般有绝热量热、交流量热和弛豫量热三种技术; 其中弛豫量热因测试样品用量少、测量温区低、测量准确度高、操作方便、有商品化仪器可得等优点, 已成为近些年来发展最快、应用最广泛的低温比热测量技术。

为了使研究者们更全面地了解这种量热技术, 中国科学院大连化学物理研究所热化学实验室的史全研究员在《中国科学：化学》发表文章，详细介绍了弛豫量热技术的测量原理、发展历程以及测量技术的研究进展, 并结合当前热门研究领域, 简要概述了国内外学者利用弛豫量热技术测量材料低温比热及相关热力学性质的最新研究进展。

弛豫量热的热流示意图

对比国内外研究现状发现, 在弛豫量热计的研发和制作上, 国内相当匮乏, 这需要国家以及相关的研究人员投入更多的时间和资金, 以改变此现状并逐步实现仪器国产化; 在材料性能研究方面, 国内大多工作还是集中在数据测量和简单计算, 因此可能没有发挥弛豫测量比热数据的全部作用。相对而言, 国外在数据解释和理论探索上更加系统全面, 这不仅需要国内量热学研究者的努力, 还需要更多相关专业的研究者将目光投到这一领域, 以期能够更好地从宏观-微观相结合的角度真正深入了解物理性质和能量的关系。

弛豫量热技术已经发展了40多年, 然而其在近些年才发展成为测量固体材料低温比热的主流量热实验手段, 这不仅得益于这种量热技术操作方便、测试样品量小、测量温区低及测量准确度高等优点, 还归功于仪器生产商对该技术的认同及商品化, 使得低温比热测量在众多相关研究领域中得到快速应用与推广, 并且有望成为常规实验手段广泛应用于材料热力学性质的研究与探索中。更重要的是, 弛豫量热技术非常适合应用于除温度场外的其他场条件的比热测量, 如磁场、压力、光刺激等, 获得在多场及多测量环境耦合下材料的热力学性质变化规律, 为研究与探索材料新物理性质及新应用提供重要实验依据。

当然, 弛豫量热还有很多不足之处, 如不能准确测量一级相变及窄温区二级相变的比热、无法测量液体及挥发性样品、无法测量更高温区的比热等。这就需要研究者们根据不断提出的测量需求, 逐步发展并完善这种低温比热测量技术, 使其真正地发展成一种材料性质常规的表征手段, 为经典量热学技术的再次崛起迈出重要的一步。