Revolutionaire stap in thermische metingen

Alle fysieke producten om ons heen worden gemaakt van materialen die (hopelijk) geschikt zijn voor dat gebruik. Om dat te kunnen bepalen worden de eigenschappen van die materialen gemeten. Dat heet in vaktermen ‘materiaalkarakterisering’. Een van de belangrijkste meettechnieken daarvoor heet DSC, wat staat voor ‘differentiële scanning calorimetrie’. Met deze technologie kan niet alleen vastgesteld worden waaruit een materiaal bestaat (de samenstelling), maar ook in welke fysische vorm het materiaal is (de kristallisatiegraad). Dat laatste bepaalt in belangrijke mate eigenschappen als doorzichtbaarheid, stevigheid en warmtegeleiding. Deze eigenschappen, die van belang zijn voor de toepasbaarheid van dat materiaal, worden beïnvloed door de manier waarop een product is gemaakt. Vooral de fysische overgangen en chemische reacties tijdens dat verwerkingsproces spelen daarbij een grote rol.

Te langzaam

Veel van die overgangen en reacties konden tot nu toe eenvoudigweg niet onderzocht worden omdat geen instrument snel genoeg was om de bijbehorende processen te meten. De snelste instrumenten konden ‘slechts’ opwarm- en afkoelsnelheden van 500 °C/min aan, terwijl bij het maken van producten veel hogere snelheden – tot in sommige situaties wel 2 000 000 °C/min – kunnen voorkomen.

Anatech uit Sittard, Xensor Integration en SciTe hebben de afgelopen jaren de technologie ontwikkeld om die snelheidsgrenzen te slechten. Voor de financiering van dit project is gebruik gemaakt van de regeling ‘Technologische Samenwerking’ van (toen nog) Senter in Den Haag. Deze regeling is te vergelijken met de huidige Point One.

Commercieel verkrijgbaar 

Inmiddels wordt deze technologie toegepast in de Flash DSC 1, een commercieel verkrijgbaar instrument dat door het Zwitsers-Amerikaanse bedrijf Mettler-Toledo wereldwijd vermarkt wordt. In dit instrument kunnen opwarmsnelheden tot 2 400 000 °C/min en afkoelsnelheden tot 240 000 °C/min gerealiseerd worden. Daardoor kan dus bijna 5000 keer zo snel gemeten worden als met nu gangbare apparatuur.

Deze Flash DSC geeft gebruikers toegang tot een compleet nieuwe wereld en maakt de bestudering van toepassingen mogelijk waarvan vroeger niet eens gedroomd kon worden: het onder realistische omstandigheden meten aan het spuitgietproces van engineering plastics, het veel beter vaststellen van de optimale fabricage-omstandigheden voor farmaceutica, onderzoek aan hoog-energetische explosieven alsook aan extreem kleine monsters in forensisch onderzoek zijn zo een aantal voorbeelden van toepassingen die tot nu toe nog lastig of zelfs onmogelijk waren, maar door de introductie van de Flash DSC binnen handbereik komen.

Bovendien: een meting aan een monster met huidige DSC’s duurt normaliter een half uur. De zeer hoge snelheden van de Flash DSC maken het mogelijk om vele metingen uit te voeren in slechts enkele seconden, waardoor een enorme hoeveelheid nieuwe data beschikbaar komt.