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Q 50
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T29189-—2012
碳纳米管氧化温度及灰分的
热重分析法
Thermo gravirnetric analysis (TGA) for determination of oxidation
temperatureandashcontentofcarbonnanotubes
2012-12-31发布
2013-06-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T 29189—2012
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279)提出并归口。 本标准起草单位：中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心。 本标准主要起草人：李静波、江潮、陈景然、饶光辉。
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I GB/T29189—2012
碳纳米管氧化温度及灰分的
热重分析法
一
1
范围
本标准规定了空气气氛下测量碳纳米管氧化温度及灰分的热重分析法的原理、使用仪器、试样准备、测量步骤、数据处理和测试报告等内容。
福
本标准适用于利用热重分析法测定碳纳米管空气氧化特性及碳纳米管灰分含量。
2规范性引用文件
3
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，
GB/T6425一2008热分析术语 GB/T19619纳米材料术语
3术语和定义
GB/T19619和GB/T6425一2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
碳纳米管氧化温度oxidationtemperatureofcarbonnanotabes T。 碳纳米管在空气气氛下质量损失速率为最大值E/dm/dT|］时所对应的温度。
3.2
灰分含量ashrelativecontent Rres 碳纳来管充分氧化后热分析仪璃中残余物质的质量与碳纳米管初始质量的比。
医
4原理
碳纳米管热重分析是指碳纳米管试样在空气气氛中，随温度变化其物理和（或）化学变化引起试样质量的变化，用热分析仪记录试样质量与温度的关系，即热重（TGA）曲线。求质量对温度的微分得到质量变化速率（Idm/dTI）随温度的变化关系，即微分热重（DTG）曲线。试样在空气气氛下质量损失速率最大值[Idm/dTImax]所对应的温度定义为所测试样的氧化温度，碳纳米管充分氧化后所剩残余物的质量与碳纳米管初始质量的比定义为碳纳米管的灰分含量。
宝 SE
L 5仪器
5.1热重分析仪：推荐使用卧式热重（TGA)热分析仪。卧式热重分析仪可避免竖式分析仪中的烟效应。要求天平灵敏度优于1μg，测温范围高于1000℃，DTA灵敏度优于0.01℃，量热精度士2%，
1 GB/T29189—2012
可实现气氮控制。 5.2精密分析天平，分辨力0.01mg。 5.3恒温干燥箱，可实现105℃士2℃程控恒温。 5.4马弗炉，可实现室温到1000℃程控升温。 5.5干燥器。
6试样准备
6.1干燥处理。取碳纳米管样品，样品量满足6次独立热分析（>30mg），放人三氯化二铝（Al20.）埚，与热分析仪专用三氧化二铝埚共同放入恒温干燥箱，于105℃恒温干燥处理60min，之后置于干燥器内冷却到室温。 6.2利用精密分析天平称量干燥处理后热分析仪样品埚的质量m：。
7测量步验
7.1热重分析仪校正：校正所采用的工作条件（温度、气氛、流速）与实验条件相同。 7.1.1热重-差热分析仪重量校正：采用标准码或随机附带的经潮源标定的磁码进行校正。 7.1.2热重-差热分析仅基线校正：依不同机型，按仪器操作规范进行正确基线校正。 7.1.3热重-差热分析仪温度校正：采用标准样品进行标定，低温段用铟标定，中温段用英标定，高温段用碳酸锶标定，具体标定方法见附录A。 7.2碳纳米管的氧化温度和灰分测定方法： 7.2.1打开仪器，接通干燥空气（露点：<一43℃），恒定气体流量100mL/min（依实验采用的不同型号热分析仪，采用设备推荐流量）。 7.2.2.称取3mg~5mg干燥处理的碳纳米管（mc）放入样品埚，置于样品池。 7.2.3于40℃恒温5min，以5℃/min速率升温至950℃，记录样品质量随温度的变化。
注：依碳纳米管样品不间，碳物质完全氧化的结束温度各不相同，试验终止温度应取碳物质完全氧化温度之后50℃
的温度，
7.2.4关闭加热炉，保持干燥空气流量，冷却到室温，读取样品质量，即灰分质量（m）。对于灰分含量小于10%的样品，推荐采用精密分析天平称量样品埚和反应残余物的总质量m。。
注：虽然热重分析仪能够较准确地直接给出样品的质量，但由于仪器的电子天平随时间会产生电子零点漂移或一
定量的重量波动，对庆分含量小于10%样品推荐采用精密分析关平独立称量残余物质量。
7.2.5每种材料至少进行三次平行测定。每次测试结果的有效性依8.3中所列要求予以判定。 7.2.6当测定灰分含量小于5%时，为得到精确的样品灰分含量需要采用较大样品量（1g~3g)的灼烧实验，通过称重得到灰分含量。灼烧实验具体操作规程见附录B。
8数据处理
8.1氧化温度T。以摄氏度表示，其数值取一位小数。
氧化温度T。(5℃/min）按式(1)计算：
a dT
T。(5 ℃/min)=T
.(1 )
因加热速率对T。影响较大，所定义的氧化温度应加注升温速率，如T。（5℃/min）。附录C中图C.1给出典型的碳纳米管TGA曲线和DTG曲线。 2 GB/T 29189—2012
注：DTG曲线上可能出现多峰，如可挥发性物质的挥发峰和无定形碳、富勘烯(Fullerene)片或石颗粒等对应的氧
化峰。此时碳纳米管T。温度可根据各种碳物质的氧化稳定性对其加以判断，必要时需辅以其他检测手段。按氧化稳定性排序，在同一碳纳米管样品中，通常无定形碳单壁碳纳米管<富勒婚片<石颗粒；单壁碳纳米管<多壁碳纳米管。
8.2碳纳米管灰分含量Rc按式(2)计算：
R.--mm ×100
(2 )
mo
式中： Rr 灰分含量，%； mo- 碳纳米管样品的初始质量（见7.2.2）； Mtes 碳纳米管样品的灰分质量，表达如式（3）：
(3)
mes=m,-m
式中： me
试样在空气气氛下升温到950℃，经干煤空气冷却到室温后，残余物和娲的总质量（见7.2.4)；装样品的干燥质量。
m. 8.3取三次独立测试结果的平均值。当个别测试结果不能满足如下误差要求时，予以剔除。
每个独立测试的结果，其氧化温度T。与平均值（T。)之差不能超过5℃C；灰分含量之差（△R）与平均值(R)的比(△R/R)的允许值见表1。
表1灰分含量与其相对误差的最大允许值
灰分含量的范围
AR/R的允许值
>10 % 10 % ~ 3 %
10 % 15 % 20 %
<3 %
9测试报告
测试报告应包括下列内容： a) 试验依据的标准编号： b) 试样的品种（包括样品的制备条件、来源）和编号； c) 所用仪器的型号； d) 测试条件，包括气氛、气体流量、碳纳米管初始质量、测试温度范围和升温速率； e) 测试结果，包括TGA和DTA曲线分析图，三次测试结果及其平均值： ) 试验中出现的异常现象； g) 本标准未规定的操作步骤； h) 试验日期。
3 GB/T29189-—2012
附录A （规范性附录）
热重分析仪温度校正
A.1适用范围
本试验方法适用于热重分析仪温度校正。
A.2试剂、材料
干燥空气，露点：<一43℃；钢（In，纯度>99.999%）；石英（SiO2，>99.95%，粉末）；碳酸锶（SrCO3，>99.95%，粉末）;α氧化铝α-Al2Os，>99.95%，粉末）。
A.3校正条件
A.3.1工作室气氛：流动干燥空气。 A.3.2流速：100mL/min(见7.2.1)。 A.3.3程序升温速率：5C/min（见7.2.3）。 A.3.4参比物：Al2O3。
A.4校正步骤
A.4.1打开气源，启动仪器，调节工作室内干煤空气流量为100mL/min，于40℃恒温5min A.4.2低温段温度标定：取约10mg铟作为样品，参比物αAl2O：约10mg，在升温速率5℃/min的条件下进行热分析测试。铟的DTA曲线有唯一的吸热峰，吸热峰的外推起始温度应为156.6℃±3.0℃ A，4.3中温段温度标定：取约20mg石英作为样品，参比物α-Al2O约10mg，在升温速率5℃/min 的条件下进行热分析测试。石英的DTA曲线在571C附近存在吸热峰，吸热峰的外推起始温度应为 571.0℃±4.0℃; A.4.4高温段温度标定：取约10mg碳酸锶作为试样，参比物α-Al2O:约10mg，在升温速率5℃/min 的条件下进行热分析测试。碳酸锶的DTA曲线在928℃附近存在吸热峰，吸热峰的外推起始温度应为928.0℃±4.0℃， A，4.5根据所测得的标样的实际反应温度，依据所用仪器的操作规范校正仪器温度。 GB/T29189—2012
附录B （规范性附录）碳纳米管灼烧工艺
B. 1 适用范围
本实验方法适用于碳纳米管灰分测量。
B. 2 2实验设备
马弗炉。
B.3实验步骤
B.3.1利用精密分析天平，测量经干燥处理后的A12O埚质量m。。 B.3.2取经干燥处理的碳纳米管(13)g置于Al2O，埚内，利用精密分析天平测量埚和碳纳米管的总质量ms： B.3.3加盖置于马弗炉内。在空气气氛下，以10℃/min升温到950℃，恒温20min，炉冷到室温。 盖与埚非密闭配制。 B.3.4利用精密分析天平测量烧后残余物和埚的总质量me。 B.3.5碳纳米管灰分质量mres=m。一m碳纳米管初始质量为m。=m，一me。 B.3.6 6利用8.2中式（2)计算得到灰分含量。
5 GB/T 29189--2012
附录 C （资料性附录）
碳纳米管TGA，DTG典型曲线
C.1经纯化处理的多壁碳纳米管TGA、DTG和DTA曲线见图C.1。测试条件如下：
样品质量：3.89mg；加热速度：5℃/min；气氛：干燥空气，100mL/min。
100
TG DTG
(0/%）/聚
96. 65%
50
/
2
T,=524 C
E
I :
1 I
- 1
50
C
1
800
200
400
600 温度/℃
1 000
图C.1 经纯化处理的多壁碳纳米管TGA、DTG和DTA曲线
6