lämpökiihdytyksen

Lämpökiihdytys on ilmiö, jossa lämpötilan nousu vaikuttaa prosessin nopeuteen tai mekanismiin siten, että eteneminen nopeutuu. Sitä esiintyy monissa yhteyksissä, kuten kemiallisissa reaktioissa, diffuusion ilmiöissä ja faasimuutoksissa, sekä materiaaleihin liittyvissä ominaisuuksissa kuten viskositeetissa ja kestoaikojen muutoksissa. Lämpökiihdytys voidaan nähdä sekä luonnollisena että tarkoituksellisena osana prosessia.

Perusperiaate on kineettinen: lisääntynyt lämpöenergia kasvattaa molekyylien ja atomien aktivoituvuutta, jolloin reaktioiden tai muiden tapahtumien todennäköisyys kasvaa. Usein nopeus seuraa Arrhenius-lakia: k = A exp(-Ea/(RT)), jossa Ea on aktivaatioenergia, R on ideaalikaasun vakio ja T lämpötilan kelvin-arvo. Diffuusion nopeus seuraa usein muotoa D = D0 exp(-Q/(RT)), missä Q on diffuusion aktivoitumisenergia. Yleinen käytäntö on, että nopeus kaksinkertaistuu noin kymmenen asteen lämpötilan nousulla (Q10-arvo), mutta arvo riippuu prosessista ja mittauskohteesta.

Sovelluksissa lämpökiihdytystä hyödynnetään esimerkiksi katalyyttisissä reaktioissa, polymeeriprosesseissa, lämpökäsittelyissä ja materiaalien sintrausprosessissa sekä diffuusioprosesseissa. Tutkimuksessa ja teollisuudessa sitä käytetään myös lyhytaikaisena työkaluna arvioimaan pitkäaikaisia ominaisuuksia, kuten ikääntymistä, accelerated life testingin ja lämpökiihdytyksen testauksen muodossa.

Rajoitteet: lämpötilan vaikutus ei ole aina yksiselitteinen; korkeammilla lämpötiloilla voivat aktivoitua toisilla reittejä tai johtaa epätoivottuun hajoamiseen, palamiseen tai rakenteellisiin muutoksiin. Siksi lämpökiihdytysohjelmat vaativat huolellista kalibrointia ja mekanismien tuntemusta. Lisätietoja löytyy termodynamiikan ja kineetiikan kirjallisuudesta sekä aineen ominaisuuksiin liittyvistä tutkimusraporteista.