ICS 19.020 N 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T33243—2016/ISO/TR10929:2012
纳米技术 多壁碳纳米管表征
Nanotechnologies-—Characterization of multiwall carbon nanotube(MWCNT)
(ISO/TR 10929:2012,Nanotechnologies—Characterization of multiwall
carbon nanotube(MWCNT)samples,IDT)
2017-07-01实施
2016-12-13发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布
中国国家标准化管理委员会 GB/T33243—2016/ISO/TR10929:2012
目 次
前言引言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 缩略语 5 多壁碳纳米管基本特性、杂质组分及其测试技术...
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多壁碳纳米管特性的测试技术 6.1 概述 6.2 外径 6.3 内径 6.4 层间距 6.5 长度 6.6 晶体结构缺陷 6.7 氧化温度多壁碳纳米管宏观样品中杂质组分的测试技术 7.1 概述 7.2 非多壁碳纳米管的碳材料 7.3 金属 7.4 多环芳烃 7.5 100℃以下可挥发物 7.6 100℃以上可挥发物 7.7 灰分测试报告
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参考文献· GB/T33243—2016/ISO/TR10929:2012
前 言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用国际标准ISO/TR10929：2012《纳米技术 多壁碳纳米管样品表征》。 与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T30544.1-—2014 纳米科技术语第1部分：核心术语（ISO/TS80004-1：2011，IDT）。 本标准做了下列编辑性修改：
一国际标准名称《纳米技术 ：多壁碳纳米管样品表征》改为我国标准名称《纳米技术 多壁碳纳
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米管表征》。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279)归口。 本标准负责起草单位：国家纳米科学中心。 本标准主要起草人：朴玲钰、常怀秋、高洁。
I GB/T 33243—2016/IS0/TR10929:2012
引言
多壁碳纳米管（multiwallcarbonnanotubes，简称MWCNTs）是一种应用于工业领域的纳米材料具有独特的电学、电磁学、热学、光学及力学性能的优势。多壁碳纳米管具有广泛的应用前景，如场发射平板显示、增强复合材料、多功能传感器及新型纳米逻辑电路元件。在各种情况下，均需对多壁碳纳米管进行表征，以便制备目标产品。
Ⅱ GB/T33243—2016/ISO/TR10929:2012
纳米技术 多壁碳纳米管表征
1范围
本标准规定了用于评价多壁碳纳米管宏观样品基本特性和杂质组成的测试技术，并且侧重于在工业领域可以实现的上述基本特性的测试技术。
本标准适用于多壁碳纳米管材料研究、开发和商业化的材料表征。 本标准技术内容不包含样品具体的制备和测试方法。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO/TS27687纳米技术纳米物质的术语与定义纳米颗粒、纳米纤维及纳米片（Nanotechn ologiesTerminologyand definitions for nano-objects-Nanoparticle,nanofibre and nanoplate)
ISO/TS8ooo4-1纳米科技术语第1部分：核心术语（Nanotechnologies—Vocabulary-Part1： Coreterms)
ISO/TS80004-3纳米技术术语第3部分：碳纳米物质（Nanotechnologies—Vocabulary Part 3:Carbon nano-objects)
3术语和定义
ISO/TS27687、ISO/TS80004-1和ISO/TS80004-3界定的术语和定义适用于本文件。
4缩略语
下列缩略语适用于本文件。 AAS：原子吸收光谱（atomicabsorptionspectrometry） DTA：差热分析（differentialthermalanalysis) EDS：能谱法（能量色散X射线谱）（energydispersiveX-rayspectrometry） EGA-GCMS：逸出气体分析气相色谱-质谱联用（evolvedgasanalysis-gaschromatographmass
spectrometry)
GC-MS：气相色谱-质谱联用（gaschromatography-massspectrometry） HPLC-MS：高效液相色谱-质谱联用（highperformanceliquidchromatography-massspectrome
try)
ICP-AES/OES：电感耦合等离子体-原子发射光谱/光学发射光谱（inductivelycoupledplasma-a tomicemissionspectroscopy/optical emissionspectroscopy)
ICP-MS：电感耦合等离子体质谱（inductivelycoupledplasma-massspectrometry） SEM：扫描电子显微术（scanningelectronmicroscopy） TEM：透射电子显微术（transmissionelectronmicroscopy）
1 GB/T33243—2016/ISO/TR10929:2012
TGA：热重分析（thermogravimetricanalysis) XRD：X射线衍射术（X-raydiffractometry） XRF：X射线荧光分析(X-rayfluorescenceanalysis)
多壁碳纳米管基本特性、杂质组分及其测试技术
5
多壁碳纳米管宏观样品基本特性、杂质组分及其测试技术见表1。这些特性和组分分析技术（一种或多种技术组合都是工业上常用的测试技术。应考虑取样程序和样品的均一性，但本标准不涉及该内容。
表1 多壁碳纳米管基本特性、杂质组分及其测试技术
特性/组分外径内径层间距长度晶体结构缺陷氧化温度
类别
测试技术 TEM,SEM TEM XRD,TEM SEM,TEM Raman,TEM TGA/DTA
多壁碳纳米管
多壁碳纳米管形式以外的碳材料
SEM,TEM,XRD,TGA
金属多环芳烃
ICP-AES/OES,AAS,ICP-MS,XRF,SEM/EDS
HPLC-MS,GC-MS 失重法，TGA,EGA-GCMS 失重法，TGA，EGA-GCMS
杂质
100℃左右可挥发物 100℃以上可挥发物
灰分
失重法，TGA
6 多壁碳纳米管特性的测试技术
6.1概述
本章介绍多壁碳纳米管宏观样品性能测试的通用技术，不包括样品制备方法和每种测试技术的操作规程。 6.2外径
多壁碳纳米管的外径是指构成碳纳米管最外层碳层的截面直径。多壁碳纳米管的外径可以通过 TEM和SEM利用图像分析技术测量。SEM的适用性取决于仪器分辨率。TEM和SEM测量需要适当的取样、统计和校准。
GB/T30543—2014和ISO/TS10798提供了对单壁碳纳米管（singlewallcarbonnanotubes，简称 SWCNTs)表征的指南，包括用TEM和SEM测量外径。 6.3 3内径
多壁碳纳米管的内径是指构成碳纳米管最内层碳层的截面直径。多壁碳纳米管的内径可以通过
2 GB/T 33243—2016/ISO/TR10929:2012
TEM利用图像分析技术测量。TEM测量需要适当的取样、统计和校准。
GB/T30543一2014提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括用TEM测量内径，
6.4层间距
多壁碳纳米管的管壁是由碳层构成，其堆叠特性通过碳层之间的距离反映。多壁碳纳米管的层间距可以通过XRD和TEM测量。XRD和TEM测量需要适当的取样和统计。
GB/T30543一2014提供了TEM对单壁碳纳米管表征的指南，也可用作TEM测量多壁碳纳米管
层间距。
6.5长度
多壁碳纳米管的长度是其两个末端之间的伸展距离，对分枝结构而言是从分枝根部到顶端的伸展
距离。多壁碳纳米管的长度可以通过SEM利用图像分析技术测量。如果在TEM的最大图像视野中可以观察到整根管，TEM也可用于分散性好的、较短的多壁碳纳米管管长测量。SEM和TEM测量需要适当的取样、统计和校准。
GB/T30543一2014和ISO/TS10798提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括用TEM和SEM 测量长度。 6.6晶体结构缺陷
多壁碳纳米管晶体结构的缺陷主要是指一根有序的多壁碳纳米管上原子排布的几何和化学偏差。 典型的缺陷是石墨结构上的缺陷和含有的无定形碳。这些缺陷会影响多壁碳纳米管的电学、热学、力学和化学性能。多壁碳纳米管的缺陷程度可以通过Raman定性评估。在Raman中使用可见光区的激光通过D谱带（大约在1360cm-1）和G谱带（大约在1580cm-"）强度比给出多壁碳纳米管的缺陷程度。 D谱带反映的是石墨结构的缺陷或结构的无序性，如无定形碳。G谱带反映的是石墨结构的有序性。 D谱带与G谱带强度比较低表示多壁碳纳米管晶体结构的无序程度较低。测量需要适当的取样、统计和校准。亦可用具有原子分辨的TEM对多壁碳纳米管缺陷程度进行定性评估。 6.7氧化温度
多壁碳纳米管的氧化温度与缺陷有关。氧化温度低说明多壁碳纳米管的晶体结构中缺陷较多。将 TGA和DTA相结合，在氧化环境下从室温加热到指定温度（如900℃或以上）测量多壁碳纳米管宏观样品的氧化温度。氧化温度由DTA曲线上放热转折点和TGA微分失重曲线的最大值所对应的温度确定。当样品中含有大量杂质时，在测量过程中会出现来自不同杂质的多个氧化温度。不包含氧化温度测定的结果应按第7章表述。建议使用线性程序升温。
ISO/TS11308提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括用TGA测量氧化温度。
7多壁碳纳米管宏观样品中杂质组分的测试技术
7.1概述
本章介绍多壁碳纳米管宏观样品中杂质组分测试的通用技术，但不包括样品制备方法和每种测试技术的操作规程。 7.2 2非多壁碳纳米管的碳材料
当宏观样品中存在着多壁碳纳米管以外的碳材料（例如，无定形碳和石墨片）时，可通过SEM、 TEM、XRD和TGA进行识别。SEM、TEM、XRD和TGA评定非多壁碳纳米管的碳材料需要适当的
3 GB/T33243—2016/ISO/TR10929:2012
取样和统计。
ISO/TS10798提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括用SEM和EDS对非多壁碳纳米管碳材料含量测量。 7.3金属
金属最有可能是制备多壁碳纳米管时从催化剂和基底引人的。需要明确标出多壁碳纳米管宏观样
品中的金属类型和含量。金属含量借助标准物质，通过ICP-AES/OES、AAS、ICP-MS、XRF和SEM/ EDS测量。这些方法适用于各种金属组分。
ISO/TS13278提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括用ICP-MS测量金属组分。 7.4多环芳烃
多环芳烃是典型的非挥发性组分，最有可能来源于制备多壁碳纳米管的过程。多环芳烃含量可以用色谱分析方法测量。采用索氏提取法（theSoxhletextractionmethod)从多壁碳纳米管宏观样品中提取多环芳烃。借助标准物质，用HPLC-MS和液体注射GC-MS来分离多环芳烃并进行含量分析。 7.5100℃以下可挥发物
多壁碳纳米管宏观样品在情性气氛中从室温加热到近100℃，并保持此温度直到挥发物完全释放。 假设样品没有发生化学反应，则加热过程中样品的失重值可以认为是挥发物含量。挥发物含量可以用 TGA测量，通常表示为加热引起的质量损失百分比。当主要挥发物为水时通常被称为水含量。也可以通过EGA-GCMS分析挥发气体。
ISO/TS11308和ISO/TS11251提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括分别用TGA和EGA- GCMS测量挥发物含量。 7.6100℃以上可挥发物
多壁碳纳米管宏观样品在惰性气氛中从室温加热到所需温度（如900℃C），并保持此温度直到挥发物完全释放。假设样品没有发生化学反应，则加热过程中样品的失重值可以认为是挥发物含量。挥发物含量可以用TGA测量，通常表示为加热引起的质量损失百分比。也可以通过EGA-GCMS分析挥发气体。
ISO/TS11308和ISO/TS11251提供了对单壁碳纳米管表征的指南，包括分别用TGA和EGA- GCMS测量挥发物含量。 7.7灰分
多壁碳纳米管宏观样品在空气气氛中从室温加热到远高于燃烧温度（约1000℃或更高），并保持此温度直到样品完全燃烧。灰分通常为加热后剩余样品的质量，可以用TGA测量。灰分含量通常表示为加热后剩余质量相对于原始质量的百分比。
注：通常，用于多壁碳纳米管生长的金属催化剂会在此温度下氧化，可能会导致质量增加，并且成为灰分的主要
成分。
8测试报告
测试报告应包括以下内容： a）表1所列特性与类别（至少包括一项）； b）独立特性与杂质类型的测试技术； 4