ICS 59. 100.20 G 13 GE 中华人民共和国国家标准 GB/T24490—2009 多壁碳纳米管纯度的测量方法 Test method for purity of multi-walled carbon nanotubes 2009-10-30发布 2010-06-01实施 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/T24490—2009 前言 本标准的附录A为规范性附录。 本标准由全国纳米技术标准化委员会纳米材料分技术委员会（SAC/TC279/SC1)提出并归口 本标准起草单位：清华大学、天奈科技有限公司、冶金工业信息标准研究院、中国科学院成都有机化 学有限公司。 本标准主要起草人：王垚、宁国庆、魏飞、栾燕、瞿美臻 GB/T 24490—2009 多壁碳纳米管纯度的测量方法 1范围 本标准规定了测量多壁碳纳米管纯度的方法、仪器、分析步骤及结果表示方法。 本标准提供了使用烧炭、热重分析（TGA）、透射电子显微镜（TEM）及图像分析相结合的技术测量 多壁碳纳米管（MWCNTs）样品纯度的方法。该纯度以样品中多壁碳纳米管的含量（质量分数）表示。 本标准不适用于均匀度差或含大块碳相杂质的样品。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 14837 橡胶及橡胶制品组分含量的测定 热重分析法（GB/T14837—1993， neq ISO/DIS 9924:1992) GB/T24491 多壁碳纳米管 3方法 本标准提供了多壁碳纳米管纯度的测量方法，其流程见图1。 多壁碳纳米节样品准条 1GA分析 烧炭分析 TEM 分析 灰分绝对偏差是个人于1% 族扣是否仪为多壁碳纳米萨 是 是否含大块碳相杂质 否 否 无否乙做第_组 TGA分析 增加T上M制样及隆像数量 是 TEM图像定量分析 增加图像后两次制样的 否 绝对偏差仍高于5% TTM分析提供多壁磷纳米管 IGA分析提供磷相含呈 在碳相中的比例 不能刃此方法测量该样品的 计算彩壁炭纳米管纯度 多蟀碳纳米管纯度 图1 多壁碳纳米管纯度的测量流程 GB/T244902009 按照4.3、5.3、6.3所述的方法取样或制样。利用TGA测得300℃～850℃的失重分率，即为碳相 含量（质量分数）；利用烧炭分析测得灰分含量（质量分数），并检验TGA测得的碳相含量是否具有代表 性；利用TEM观察及图像分析，确定碳相种类，计算多壁碳纳米管在碳相中的比例。根据样品的碳相 含量及多壁碳纳米管在碳相中的比例，计算获得多壁碳纳米管的纯度。 烧炭分析的单次检验样品用量远远大于TGA，其主要作用是检验TGA取样是否具有代表性。具 体检验方法如下： a） 如果一组TGA（三次独立检测）测量灰分平均值与烧炭分析所得结果的绝对偏差大于1%，则 需重做一组TGA； b) 如果两组TGA测量灰分平均值仍与烧炭分析所得结果的绝对偏差大于1%，则判定样品均匀 度差，不能用此方法进行多壁碳纳米管纯度测量； c） 如果TGA测量灰分平均值与烧炭分析所得结果的绝对偏差不大于1%，则由TGA给出样品 的碳相含量（质量分数）。 利用TEM观察及图像分析确定碳相种类及多壁碳纳米管在碳相中的比例，方法如下： a) 如果TEM观察证明样品中的碳相仅为多壁碳纳米管，则可知多壁碳纳米管在碳相中的比例 为100%； b) 如果样品含有大块的碳相杂质（如：大块石墨等），该碳相杂质与多壁碳纳米管不能在同一视 野中清晰识别，则判定该样品不适合用本方法测量多壁碳纳米管纯度； 如果可以在同一视野中识别多壁碳纳米管与碳相杂质，则需增加TEM制样及图像数量，并通 c) 过图像分析统计获得多壁碳纳米管在碳相中的比例； d) 如果两次TEM制样统计所得多壁碳纳米管在碳相中的比例的绝对偏差高于5%，则判定样品 均匀度差，不适合用本方法测量多壁碳纳米管纯度； e）由一个样品的全部TEM图像分析统计获得多壁碳纳米管在碳相中的比例。 最终由碳相含量与多壁碳纳米管在碳相中的比例之积求得多壁碳纳米管纯度。 4烧炭分析 4.1总则 本方法适用于多壁碳纳米管样品的灰分含量（质量分数）的测定。将一定量的样品在900℃高温的 空气气氛中充分氧化，直到样品中的碳完全以气体氧化物的形式溢出，测定灰分质量，从而可以计算出 灰分的含量（质量分数）。 4.2仪器 a）带盖的埚：由铂、石英或其他在测定条件下不发生任何变化的材料制成，容量为50mL～ 100 mL; b）干燥器：内装有效充足的干燥剂和一个多孔金属厚板或瓷板； c） 马福炉：有控制和调节温度的装置，可提供900℃的焚化温度； d) 分析天平：精确度为0.1mg。 4.3分析步骤 a） 内冷却至室温保存。 b）埚的预处理：埚先用稀盐酸洗涤，再用自来水冲洗，然后用去离子水漂洗。将洗净置 于马福炉内，在900℃下加热30min，取出放人干燥器冷却至室温，然后称重，精确至0.1mg。 ） 样品的称量：称取样品1g～2g，精确至0.1mg，将样品均匀放在内，不要压紧 d) 烧炭：将埚盖好盖子放人马福炉内，保持炉内为自然对流的空气气氛，将温度升高至900℃， 并保持此温度直至剩余的碳全部氧化溢出为止，一般时间为3h～5h。将埚和其中的剩余 物放入干燥器中冷却至室温，称重，精确至0.1mg。 2 GB/T24490—2009 4.4结果表示方法 灰分的含量h由式(1)求得： n= n × 100% 9m .(1) nz-ni 式中： 灰分的含量（质量分数）； 带盖的的质量，单位为克（g）； 灰化前和样品的质量，单位为克（g）； n2 n 灰化后埚和剩余物的质量，单位为克（g）。 对于二个样品，独立取样三次进行测量，分别测得灰分含量h1Wh2、Wh3。用式（2）和式（3）计算三 次测量结果的平均值wh与平均方差： .(2) 3 (Wh -h)" +(n2 -)+(wh -n)? .(3) 在三次测量结果中，如有方差大于平均方差2倍的结果，应视为因样品不均匀或测量问题造成的异 常结果予以剔除并补做测量，然后重新计算平均值与平均方差。 5热重分析（TGA) 5.1总则 本方法通过测量样品的氧化失重，得到样品的碳相含量。碳相包括多壁碳纳米管、碳壳、碳纤维、石 墨片、碳球及无定形碳等。 将适量的多壁碳纳米管样品在空气气氛中连续升温，测量并记录样品从室温至900℃的失重情况。 样品在300℃以前的失重分率为挥发分含量（质量分数）。样品在300℃～850℃的失重为碳相氧化所 致，定义此阶段内样品的失重分率为碳相含量（质量分数）。样品在900℃的质量分率称为灰分含量（质 量分数）。 5.2仪器 热重分析仪应具备以下性能： 温度范围：室温至1000℃，程序控制升温速度和恒温时间； b）灵敏度：0.1μg； c） 称重精度：土0.01%； （P 线性升温速率：1℃/min~50℃/min。 5.3分析步骤 a) 打开热重分析仪及与之相配套的记录仪，平稳基线； b) 按GB/T14837的方法对热重分析仪进行校验； 将铂、石英或者其他在测定条件下不发生任何变化的埚置于热重分析仪的加热炉托盘上，记 录埚的皮重或质量示数清零； d) 称取经过4.3预处理的样品约4mg，记录样品的初始质量； e) 将样品装人埚内，覆盖，但不要密封； 将空气流量调整到50mL/min，以20℃/min的升温速度从室温加热到300℃，恒温10min 后，再以10℃/min的升温速度加热到900℃，仪器自动测量试样质量并记录质量数据。 5.4结果表示方法 多壁碳纳米管样品的TGA典型曲线见图2。 3