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熱分析中的美學
美學是一個哲學范疇的概念。自然界按照簡單、對稱、和諧、統(tǒng)一、有序的美學原則構(gòu)建而成。自然科學的研究對象是自然界，具有自然的美，包含了真，體現(xiàn)美學原理。探索自然界的內(nèi)在動力來自哪里？源于找尋自然界的真與美的情懷！對美的追求，是自然科學發(fā)展的源動力。科學追求的是認識世界，從認識中窺見自然美，并從心靈深處感悟到自然界的美。科學的美是客觀的。科學家追求人與自然和諧統(tǒng)一的審美境界，踐行科學的美學準則。
熱分析是自然科學，研究物質(zhì)的物理變化和化學變化，蘊含哲理和美學。熱分析曲線揭示物質(zhì)變化之美，曲線產(chǎn)生美感，美在哪里？我們都喜歡鉆石，覺得她漂亮極了，美極了。為什么會覺得鉆石美呢？因為鉆石是含有萬萬億個碳原子的單晶，透明，色澤晶瑩，能產(chǎn)生耀眼的七彩光輝，成為幾近完美的寶石。鉆石做成婚戒，愛情恒久遠，是心靈美。
現(xiàn)以高聚物的結(jié)晶為例，談談結(jié)晶高聚物的結(jié)晶美。結(jié)晶高聚物等溫結(jié)晶的DSC曲線如圖所示：
結(jié)晶高聚物等溫結(jié)晶的DSC曲線
熱分析實驗隸屬掃描型的，熔體降到設定的溫度后等溫結(jié)晶，形成一個放熱峰。曲線的“形”表征了結(jié)晶過程，顯現(xiàn)物質(zhì)狀態(tài)變化之美。對曲線（圖像）的變化進行深度分析，揭示熔體等溫結(jié)晶動力學的規(guī)律。
人有善于發(fā)現(xiàn)美的眼睛和善于感知美的心理。憑借結(jié)晶學的理論和知識，眼睛的視域看到DSC曲線的形象，視覺性思維產(chǎn)生遐想，伴隨著意象在腦海里形成了晶體的朦朧圖像。思是物之形象，想象中產(chǎn)生了結(jié)晶的圖像。掃描電鏡幫助我們準確描寫了清晰的圖像。
多種結(jié)晶高聚物等溫結(jié)晶掃描電鏡照片如圖：
從圖片中看到了客觀存在的結(jié)晶美。它和鉆石晶體一樣，美輪美奐。熱分析曲線從宏觀上描述了結(jié)晶過程，掃描電鏡從微觀結(jié)構(gòu)上描述了晶體結(jié)構(gòu)，并從微觀狀態(tài)解釋了結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象。熱分析曲線和掃描電鏡圖像自然、簡明地呈現(xiàn)晶體生長的美。科學數(shù)學化，數(shù)學的語言已經(jīng)成為科學的語言。很多的定理、定律都是以數(shù)學公式的形式表示出來的。復雜、美麗的等溫結(jié)晶過程，用經(jīng)典的Avrami方程描述,就使結(jié)晶跟數(shù)學發(fā)生了關(guān)系。結(jié)晶受著結(jié)晶動力學方程式控制，這是一種動態(tài)的美。用數(shù)學語言來理解被表達的結(jié)晶過程，將美的感受提高到一個新的境界。
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插入一則科學史上傳為美談的趣事，被譽為物理學界貝多芬的路德維希.玻爾茲曼墓碑上沒有墓志銘，而將熱學中極其美妙的熵關(guān)系式刻在墓碑上。數(shù)學、敬仰、肅穆的情、思交融，超脫世俗之美。
熱分析曲線蘊含美，如何來表達美呢？熱分析曲線和書法、中國畫一樣，用線條表達美。熱分析曲線是展開于空間，流淌于時間的直觀的、形象的線條，線條流出物質(zhì)萬象變化之美的同時，也流出科研人員的人心之美。科學家運用形象思維和邏輯思維揭示物質(zhì)熱變化的本質(zhì)和規(guī)律。熱分析曲線千姿百態(tài)，各顯其妙。線條是構(gòu)成物體視覺形象的最根本的要素，線條構(gòu)成的視覺形象是一個家屬，可以建構(gòu)譜系，系統(tǒng)全面表征物質(zhì)變化特征。按照轉(zhuǎn)變、反應與特性參數(shù)進行應用分類，形成了熱分析學科。熱分析曲線展示物質(zhì)發(fā)生熱變化的“形象”美。曲線賦予人們感官上美感的同時，它還誘惑大腦思考，建立可視圖畫，并用詞來描寫熱分析曲線的對稱美、簡單美、和諧美（統(tǒng)一美）、新奇美、常數(shù)美。
1
高聚物結(jié)晶的對稱之美
部分結(jié)晶高聚物的DSC曲線如圖所示：
結(jié)晶峰形陡峭，峰頂溫度Tp酷似山巔之峰，尖峭獨拔；結(jié)晶峰的峰形對稱，展示了對稱美。聚丙烯的等溫結(jié)晶的DSC曲線如圖：
結(jié)晶時間長達2小時，峰高僅有0.3mW，是快速結(jié)晶峰的幾百分之一，它似湖面上的漣漪細波，平靜之美！DMA的溫度譜和頻率譜的鏡像對稱也是展示對稱美典型的例子。
溫度譜與頻率譜的鏡像對稱
2
玻璃化轉(zhuǎn)變的簡約之美和變化之美
玻璃化轉(zhuǎn)變峰形a應力松弛引起的峰形變化
玻璃化轉(zhuǎn)變的峰形簡潔優(yōu)美，簡約的形式卻表達了豐富的內(nèi)容。玻璃化轉(zhuǎn)變反映了物質(zhì)的狀態(tài)、使用溫度、相容性、老化溫度區(qū)間、制品加工、材料穩(wěn)定等信息。高聚物的熱歷史和物理老化引起玻璃化轉(zhuǎn)變峰形變異，出現(xiàn)了松弛特征，體現(xiàn)了玻璃化轉(zhuǎn)變的變化之美。
3
和諧美（統(tǒng)一美）
PET的DSC曲線如圖所示。熱分析曲線集玻璃化轉(zhuǎn)變、冷結(jié)晶和熔融于一身，體現(xiàn)了多重轉(zhuǎn)變的和諧（包容）之美。曲線似狼毫疾書，峰（鋒）起峰（鋒）落，流淌著玻璃化轉(zhuǎn)變、冷結(jié)晶、熔融的變化軌跡。
PET的DSC曲線
在熱分析曲線上，常常強峰與弱峰，平坦峰與陡削峰，物理轉(zhuǎn)變峰與化學轉(zhuǎn)變峰和諧地融匯在一起。
4
瞬變反應的新奇美
含能材料局部放大的TG曲線如圖所示。峰形奇特。它細膩地描繪了含能材料在極短時間內(nèi)質(zhì)量驟變，瞬間釋放大量熱量。峰形奇特，但它是真實的，是真實的美，是美的真實。
5
熱物性參數(shù)的常數(shù)美
牢記基本物理量（常數(shù)）的數(shù)值和單位，是基本功扎實的體現(xiàn)。熱分析可以測定物質(zhì)特性參數(shù)，如比熱容、膨脹系數(shù)和熱導率等。用DSC法測定物質(zhì)的比熱容，并以已知比熱容的藍寶石（α-Al2O3）作為基準。高聚物的DSC曲線如圖所示：
高聚物的DSC曲線
特殊的熱分析儀器已進入太空實驗室。美國國家航空航天局在航空飛機的實驗中測出了比熱奇異性的趨勢，驗證了理論物理的預言。空間LPE實驗的比熱測量結(jié)果如圖。紅框內(nèi)即為比熱容奇異性特征的奇異之美。
液體在相變點處的比熱為無窮大。比熱奇異性實驗要求相變點附近的實驗溫度量級為納度（溫度1nK等于0.000000001K）。由于地面的重力作用使實驗溫度達不到要求的精度，測量不出比熱奇異性。微重力環(huán)境提供了高精度的物理實驗條件，測出了比熱奇異性的趨勢。值得注意的是溫度坐標的單位為納度nK。
6
變化美
HDPE在不同溫度下的等溫結(jié)晶的DSC曲線如圖所示：
它顯示了一組（族）DSC曲線的組合之美。多條具有獨特之美的曲線匯聚在一起，爭奇斗艷。由圖可知：結(jié)晶速率隨結(jié)晶溫度而異，溫度在119-121℃之間，隨溫度降低，結(jié)晶速率加快，結(jié)晶終止時間縮短。結(jié)晶溫度相差1-2℃,峰形就由高山峻嶺演變?yōu)榍鹆辏黠@奇美。
7
穿越時空之美
科技考古是指采用現(xiàn)代科技分析手段或方法探討古陶瓷（唐三彩）的產(chǎn)生、發(fā)展和演變規(guī)律以及蘊涵其中的古代經(jīng)濟、文化信息，為全面復原古代人類社會歷史提供必要素材的一門學科。科技考古是今為古用，跨越時空，進行古陶瓷文物的時空定位。
陶瓷是火與土的藝術(shù)，火土致濟，陶瓷乃成。燒成是陶瓷制備工藝中的關(guān)鍵工序。古陶瓷是在什么溫度下燒制而成的？TMA曲線穿越時空，依“轉(zhuǎn)折點”逆向推斷（判斷）古陶瓷的燒成溫度。
匠人先祖在窯爐中燒制出美妙絕人的釉陶（青釉、黑釉、紅釉、藍釉、綠釉），現(xiàn)今用熱分析和其它近代研究方法探索燒成過程的物理化學變化。輯錄釉陶組圖共欣賞。
古陶瓷修復的難點是無法知道當初制作人的創(chuàng)作思維過程。人們只能根據(jù)對該件器物的認識與理解，尊重歷史與美學要求，實施正確、科學的修復補全工作。古陶瓷文物的修復是穿越時空的文物生命再造和文物價值永恒的維護，使古陶瓷美學觀賞性重新展現(xiàn)，光耀千秋。古陶瓷文物修復前后的照片如圖：
修舊如舊，不露馬腳
變瓦礫為瑰寶
8
熱分析與其它分析方法聯(lián)用的曲線美
熱分析儀器與其它近代分析儀器聯(lián)用，同時測得物質(zhì)的多種物理性質(zhì)。
熱分析與紅外光譜聯(lián)用的譜圖
熱分析與質(zhì)譜聯(lián)用的譜圖
熱分析(DSC)與XRD譜線聯(lián)用。XRD的譜圖
熱分析與色譜/質(zhì)譜聯(lián)用的譜圖
熱分析與拉曼光譜聯(lián)用。拉曼光譜的譜圖
熱分析與原子力顯微鏡聯(lián)用。原子力顯微鏡的譜圖
熱分析與顯微鏡聯(lián)用。掃描電鏡的譜圖
熱分析曲線及其與近代分析儀器聯(lián)用得到的曲線（譜圖）都具有美的特質(zhì)。當觀察者獲得必要的訓練與知識儲備，抓住各種曲線特有的、本質(zhì)的審美意蘊，讀懂曲線和圖像，都能欣賞到物質(zhì)變化之美。
9
曲線融入自然之美
熱分析曲線具有美的特質(zhì)，融入自然更美。一時興起，繪制了一幅熱分析曲線鑲嵌進自然的山水畫，抒發(fā)情感。
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科學經(jīng)典名著之美（光輝）
為使前輩學者的工作承續(xù)不輟，我國于1991年編輯了“科學名著文庫”。約瑟夫·傅立葉論熱的經(jīng)典著作“熱的解析理論”收納其中。約瑟夫·傅立葉的“熱的解析理論”距今近二個世紀。今由桂質(zhì)亮譯，2008年北京大學出版社出版。約瑟夫·傅立葉是十九世紀法國數(shù)學家和數(shù)學物理學家。約瑟夫·傅立葉發(fā)現(xiàn)導熱基本規(guī)律—傅立葉熱傳導定律（Fourier''s Law）。他把物理問題表述為線性偏微分方程的邊值問題來處理。提出傅里葉級數(shù)，并將其應用于熱傳導理論。《熱的解析理論》是被公認為數(shù)學經(jīng)典文獻之一。麥克斯韋稱贊這本書是“一首偉大的數(shù)學詩”。恩格斯則把傅立葉的數(shù)學成就與他所推崇的哲學家黑格爾的辯證法相提并論，他曾寫道：傅立葉是一首數(shù)學的詩，黑格爾是一首辯證法的詩。
結(jié)束語
美學是一個哲學范疇的概念。科學的美是客觀存在的，對美的追求，是自然科學發(fā)展的源動力。熱分析研究物質(zhì)受熱時發(fā)生的物理變化和化學變化，熱分析曲線呈現(xiàn)的是物質(zhì)變化之美。熱分析實驗使人陶醉在一個屬于自己的情感世界里。懷著對熱分析的情感去鑒賞熱分析曲線的美感，發(fā)現(xiàn)美，享受物質(zhì)變化之美。美使人感到愉悅的同時，也揭示隱含在曲線中的物質(zhì)熱變化規(guī)律。
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