ACAIC2025分論壇三：熱分析技術賦能多領域創新

　　2025年11月7-8日，由中國儀器儀表學會分析儀器分會主辦的第十屆中國分析儀器學術大會（ACAIC 2025）在陜西西安召開，大會以 “AI 賦能 創新轉型” 為主題，聚焦分析儀器領域的技術突破與產業升級。大會次日設置 9 個分論壇，涵蓋生命大健康、AI + 質譜、科技基礎能力建設等多個前沿方向。

　　其中，由沈陽化工大學和中國計量大學共同組織的“分論壇三 熱分析與聯用儀器：前沿創新與產業發展” 同步舉辦，論壇主席由沈陽化工大學校長許光文教授擔任，中國計量大學丁炯副教授、沈陽化工大學丁茯教授擔任召集人。

會議現場

論壇主席 沈陽化工大學校長 許光文教授致辭

　　許光文教授強調熱分析儀器在科研中的關鍵作用，點出當前國內對國外儀器的依賴現狀，呼吁科研機構與企業團結合作、整合資源，共同提升國產熱分析儀器的技術水平，保障其在科研與工業應用中的可靠性和準確性。此外，他還提及基礎研究與前沿技術并重的重要性，提議通過專題研討等形式推動國內熱分析儀器產業發展。

　　本次論壇，沈陽化工大學校長許光文教授、四川大學分析儀器研究中心段憶翔教授、中國科學技術大學火災安全全國重點實驗室王青松研究員、中國科學院上海微系統與信息技術研究所許鵬程研究員等16位專家帶來精彩的學術報告。

沈陽化工大學校長 許光文教授

報告題目：從熱分析到熱化學分析

　　許光文教授表示，熱分析和熱化學分析有很大的差別：熱分析是已獲廣泛認可的方法與儀器，熱化學分析則聚焦反應特性、熱化學反應中物質轉化特性的測試，通過結合反應與熱特性解析反應機理。他指出，現代熱化學分析在反應產物演變生成過程表征中，仍面臨無等溫快速轉化器、快速反應與慢速檢測不匹配等挑戰，這些也是當前該領域的研究熱點與難點。報告中，他分享了國內外在轉化器及質譜檢測方向的最新研究進展，介紹了團隊開發的微型流化床方法，以及基于該方法構建的國際一流快速熱化學反應過程分析儀系統，并闡述了該系統在復合 MOFs 材料熱分解反應機理、菱鎂礦煅燒反應機理等研究中的應用。

四川大學分析儀器研究中心 段憶翔教授

報告題目：創新型質譜技術與儀器的研發及其在氣液相樣品分析中的應用

　　段憶翔教授表示，重點介紹了質子轉移反應  -飛行時間質譜（PTR-TOF MS）。該技術具備無需前處理、高靈敏度全譜分析、連續進樣、0.1s 快速分析、結構簡單、基本無耗材的核心優勢，已在環保、科研、工業等領域實現良好應用。報告中，他分享了該技術在 VOCs 實時走航監測、甲醇泄露監測、惡臭氣體走航監測、藻類代謝早期預警等場景的實踐案例，并聚焦呼出氣檢測展開重點闡述。呼出氣中 VOCs 含量低至百萬分之一到億萬分之一，種類多達上千種，對檢測儀器要求極高，而自研的 PTR-TOF MS 呼出氣檢測質譜儀，憑借高靈敏度、高分辨率突破設備瓶頸，可實現 VOCs 瞬時多組分檢測，在代謝組學研究、疾病檢測及癌癥早篩等領域展現出良好應用前景。

中國科學技術大學火災安全全國重點實驗室 王青松研究員

報告題目：磷酸鐵鋰電池熱失控產熱機理分析研究

　　王青松研究員以儲能用大型磷酸鐵鋰電池熱失控產熱機理為研究主題，旨在分析磷酸鐵鋰電池熱失控產熱來源。研究采用多尺度實驗方法，通過DSC分析材料穩定性與產熱、TG-MS-IR 探究高溫原位產氣及正極晶型變化，結合 Kissinger 動力學分析定量獲取主要副反應的活化能等關鍵參數，同時借助絕熱加速量熱實驗，在材料研究基礎上深入分析電芯層級熱失控產熱機理，驗證材料層級副反應機理的適用性，揭示電芯結構對熱失控傳播路徑和產熱速率的影響，最終建立從材料到電芯的多尺度產熱機理。展望未來，隨著磷酸鐵鋰電芯容量與尺寸持續增大，需探究大容量電芯熱失控機理與小型電池的一致性，后續還將通過實驗與仿真相結合，進一步研究模組和電池包層級多物理場耦合下的熱失控傳播機制與抑制策略。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所 許鵬程研究員

報告題目：芯片式熱分析與原位紅外光譜聯用技術的研究進展

　　許鵬程研究員提出芯片化變革創新思路，研發出具備 “稱重” 與 “加熱” 功能的 MEMS 器件，打造新一代芯片化吸附分析/熱分析儀。該技術全面替代傳統熱天平、加熱爐等笨重部件，僅需納克級樣品即可完成可視化熱重測試。報告重點介紹團隊首創的懸臂梁芯片技術，其顛覆傳統熱重分析架構，研制的芯片化 μTGA 儀器使熱重性能實現數量級提升，創造多個世界首次。近期更實現 cantilever-TGA 與 FT-IR 原位聯用，首次讓樣品原位同步進行熱重與紅外實時測量，突破傳統聯用僅能分析逸出氣的局限，已成功應用于共價有機框架（COF）單晶雙功能原位工況聯合表征。此外，他還分享了芯片式 DSC 及芯片化 TG-DSC 技術成果。

中國科學技術大學 丁延偉 教授級高工/曾洪宇 博士

報告題目：人工智能技術在熱分析中的應用

　　曾洪宇博士介紹，實驗方案設計與曲線解析是熱分析和量熱領域的關鍵，直接決定實驗成敗，報告結合熱分析特點，探討了 AI 在這兩大環節的應用場景及常見問題。還介紹了 AI 在熱分析儀器研制與智能化升級中的重要作用，包括混合物熱重曲線定量分析、機械結構優化等具體應用，提出需建立可靠質量評估體系保障 AI 數據分析的準確性。同時，圍繞理想 AI 分析系統構建、未來復雜場景應用展開闡述，強調 AI 能帶來效率提升與精度突破，還將推動熱分析領域研發模式變革、人才培養革新及產業化發展，并給出了充分發揮 AI 作用、提升產品研發質量的相關建議。

中國科學院大連物理研究所 史全研究員

報告題目：相變材料熱力學性質測量與研究

　　史全研究員表示，量熱學是測定化學反應或物理過程熱效應的學科，而相變材料能通過物相變化吸收或釋放大量潛熱，在儲能與控溫領域應用前景廣泛，其熱力學性質的準確測量是開發新型相變材料的重要基礎。他還介紹了相變材料熱力學性質的測量方法及相關研究工作，重點闡述了團隊建立的絕熱量熱儀——該儀器適用于克級樣品相變性能的準確測量。展望部分，他強調精密量熱技術是獲取可靠熱力學性質的關鍵手段，需加大對該技術的重視、應用及新技術與儀器的研發力度；在 AI、集成電路等智能化熱管理領域，準確可靠的數據更是相變材料推廣應用的核心。

西南科技大學材料與化學學院 金波教授

報告題目：等溫熱分解方法在含能材料中的應用研究

　　金波教授表示，含能材料是含有爆炸性基團或氧化劑與可燃物、能獨立反應并快速釋放大量熱量和氣體的化合物或混合物，主要用于戰斗部與火箭發動機裝藥，是保障武器導彈系統射程與威力的關鍵。其熱穩定性直接關系武器彈藥的安全性、儲存壽命及使用性能。傳統 DSC、DTA、TG、ARC 等非等溫熱分解研究方法因溫度偏高，難以真實反映含能材料的熱安全性能。基于此，報告建立了等溫條件下含能材料熱分解的研究方法與裝置，針對 PETN、NTO、HMX、CL-20 等典型含能材料開展熱分解規律研究，成功揭示了其等溫條件下的熱分解機理。

中國計量大學 丁炯副教授

報告題目：熱分析量熱儀器研制過程中的人工智能應用——以差示掃描量熱儀校準為例

　　丁炯副教授表示，傳統差示掃描量熱法（DSC）校準依賴標準物質的溫度外推與線性校正，存在校準點稀疏、與實際實驗條件強相關、效率低下的問題，且基于零階或一階模型難以修正未知系統誤差。機器學習已廣泛應用于熱分析與量熱學領域，在復雜動力學數據擬合、多組分參數反演及熱分析信號預測中展現出高精度，但直接用于 DSC 校準的研究仍較有限。為此，丁炯教授提出基于機器學習的校準方法，通過建立實驗信號與參考數據的映射關系，突破傳統方法對線性假設和條件依賴的限制。該方法顯著提升了 DSC 測量的可靠性與重復性，具備良好的可擴展性和對復雜實驗環境的適用性，為熱分析儀器的智能化、自動化校準提供了新思路與技術基礎。

耐馳科學儀器（上海）有限公司 曾志強博士

報告題目：熱分析的智能化轉型：數據采集、分析與工業化應用

　　曾志強博士表示，隨著熱分析技術推廣，傳統操作的痛點愈發明顯，不僅方法設置與數據分析高度依賴操作人員經驗，分析還局限于峰溫、熱焓、失重量等簡單指標，對材料研發和工藝優化的指導作用有限。他還介紹了德國耐馳的熱分析智能化探索：通過 “智能模式” 簡化操作界面，兼顧標準化與定制化測試需求；借助 “AutoEvaluation” 功能實現熱分析譜圖自動計算，推出業界首個譜圖自動檢索工具 “Identify”。近年來引入 AI 技術后，更研發出業界首個基于大數據的 DSC 譜圖識別系統，助力聚合物成分分析。這些智能化工具不僅提升了數據采集的效率與質量，更有效推進了熱分析在工業化場景中的實際應用價值。

西安近代化學研究所 王曉紅研究員

報告題目：熱分析儀器及其應用

　　王曉紅研究員介紹了 DSC、TG、LFA、ARC 等熱分析儀器的分類、原理與結構，分享了其在材料科學、化學反應監測等領域的應用實例，包括含能材料相變與熱分解、高分子材料力學性能測試等。她分享了國產熱分析儀器研發與應用，強調源頭創新的重要性，展示了自主研發儀器在國防科研中的成功應用。同時指出，國產儀器自六七十年代逐步市場化，但進口仍占主導，當前在經費、基礎研究、核心元器件加工能力等方面面臨挑戰。未來需向生產線在線檢測、全自動智能測量、多技術聯用方向發展，推動原創技術與市場需求對接。

中國科學院工程熱物理研究所 夏紅德研究員

報告題目：熱分析聯用技術的進階：基于摩爾計量的矢量化與智能化

　　夏紅德研究員介紹，熱分析及其聯用技術的發展主流是通過獲取高維反應過程信息，解決復雜熱反應體系分析問題。但現有技術受總包分析思維局限，難以實現對復雜反應過程的有效客觀解析。針對該痛點，團隊基于摩爾計量重構熱分析聯用技術的質量與熱力學矢量化聯立方程組，厘清了各類檢測表觀信號與反應過程本征信息的內在物理邏輯，建立非線性矢量化映射關系。研究以反應化學計量關系、組分分子量、定壓比熱容等為AI算法學習與辨識目標，利用隨時間動態變化的冗余信息實現反應過程智能化解析，最終發展出以摩爾計量為核心、物理守恒關系為約束、AI算法為技術手段的智能化熱分析聯用技術，并給出矢量熱分析智能化解析云例。

梅特勒托利多科技（中國）有限公司 李雄產品主管

報告題目：熱重-紅外-氣質聯用在材料熱裂解氣體產物的定性定量分析

　　李雄介紹，熱重和同步熱分析技術通常不能作為一種可以鑒別未知物的分析技術，這是因為根據熱重或者同步熱分析實驗曲線無法識別或表征測量過程中釋放的氣態產物的性質。在應用中，通常將這兩種技術與氣體分析技術聯用來滿足這類實驗需求，簡稱逸出氣體分析技術 EGA。氣體分析技術中，包括紅外、質譜、氣質在內的多種檢測技術已被廣泛用于研究諸如聚合物、電池材料、催化劑、生物能源和石化產品等材料的熱裂解氣體的定性定量分析中。本次講座將從熱重與紅外和氣質聯用的特色結構和應用角度來呈現這種產品應用方案給材料分析表征帶來的便利之處。

中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所 孟蘇高工

報告題目：量熱技術在核、低空經濟等領域的需求與應用

　　孟蘇高工表示，量熱技術用于測量物體發熱功率參數，按被測對象發熱狀態可分為穩態熱功率（不隨時間、環境變化）和動態熱功率，如今已成為支撐我國核、低空經濟等關鍵領域科技發展的重要支柱。報告圍繞兩大領域展開：核領域方面，介紹了量熱技術的應用需求，以及團隊在穩態熱功率測量與校準技術上的研究進展，具體包括標準熱功率發生裝置的設計與評價、穩態熱功率測量裝置的原理設計、標定及不確定度評定等工作；低空經濟領域以安全與經濟為核心，高能量密度電池是飛行器關鍵部件，電池熱失控是安全核心制約，量熱技術則是熱管理系統精細化設計的必要手段，該領域對量熱技術提出五大要求，即模擬寬域快速變化的環境溫度與充放電倍率、復雜工況下精準高可信度測量、適配異形結構電池、模擬復雜氣候條件、符合適航認證標準。

西安北方慶華機電集團有限公司 楊愛武高工

報告題目：熱分析與紅外/質譜/氣相聯用在反應特性研究中的應用

　　楊愛武高工重點介紹了熱分析與紅外、質譜、氣質等選擇性組合聯用技術在反應特性研究中的應用。系統闡述了以TG-DSC為核心的熱分析-紅外-氣質四聯用技術及其八種組合方式，以及多種的用技術方法。報告還結合原位紅外聯用技術，深入探討了熱反應特性的全面解析方法，并通過高分子穩定性、煤熱解等實際案例，展示了綜合聯用技術在實時模擬反應過程及反應動力學研究中的實際應用價值。該技術體系在反應過程監測、官能團識別等方面展現出強大的分析能力，不僅拓展了傳統熱分析的檢測維度，也提升了材料在復雜工況下的綜合表征水平，為材料開發與性能研究提供了關鍵的技術支撐。

西安交通大學生命科學與技術學院 朱含亮助理教授

報告題目：多尺度皮瓦級微量熱芯片及系統研究

　　朱含亮介紹，聚焦納米材料、相變過程、細胞代謝等多場景能量學定量測量需求。報告核心呈現多尺度量熱技術創新，設計了 MEMS 硅基、流道式、液滴式及柔性貼片式量熱器件，構建統一兼容平臺，樣品尺度覆蓋 25um-2mm。通過多層熱隔離腔室與差分鎖相放大電路技術，系統在真空下實現≈6μK 溫度分辨率，熱流檢測達皮瓦級；同步開發動態熱流解析與蒸發-結晶熱流算法，可同步獲取熱曲線與顯微形態。該系統已應用于納米顆粒光熱轉換、蛋白結晶熱動力學等研究，支撐藥物穩定性、分子相互作用等生物領域分析。當前技術面臨制造工藝與檢測分辨率挑戰，未來將聚焦提升芯片時空分辨率、集成微流控技術，結合 AI 優化傳感器與數據分析，同時強調工藝復雜性與成本控制的重要性。

中國兵器工業集團山東非金屬材料研究所 馬衍東工程師

報告題目：熱分析與量熱技術在部分熱防護材料研發中的應用

　　馬衍東工程師表示，熱防護材料是保障彈箭武器等高技術裝備在極端熱環境下保持完整結構和保障完成任務的關鍵功能材料，熱分析與量熱技術則為軍工熱防護材料的研發提供了從微觀反應機理到宏觀性能表征的完整數據鏈，貫穿于熱防護材料設計、研制、評價與優化的全生命周期。報告針對部分軍工熱防護材料研發過程中涉及到的熱失重率、比熱容等參數的測試方法開展研究，將基于熱分析的數據結果與氧乙炔燒蝕試驗等產品考核的結果做了對比分析，最后對軍工熱防護材料的在熱分析領域面臨的新興測試需求進行了展望。

　　此次分論壇的成功舉辦，不僅集中展示了熱分析與聯用儀器領域的前沿技術成果，更搭建了產學研協同創新的重要交流平臺。未來，隨著 AI、微納制造等技術與熱分析領域的深度融合，國產熱分析儀器將逐步打破進口依賴，在關鍵領域發揮更核心的支撐作用，推動整個行業朝著更精準、高效、智能化的方向高質量發展。