ISO TR 10929-2012 Nanotechnologies - Characterization of multiwall carbon nanotube (MWCNT) samples《纳米技术 多壁碳纳米管(MWCNT)试样的表征》.pdf

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1、 ISO 2012 Nanotechnologies Caractrisation des chantillons de nanotubes en carbone multifeuillets (MWCNTs) Nanotechnologies Characterization of multiwall carbon nanotube samples Numro de rfrence ISO/TS 10929:2012(F) SPCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 10929 Premire dition 2012-01-15 ISO/TS 10929:2012(F) ii

2、 ISO 2012 Tous droits rservs DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2012 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et l

3、es microfilms, sans laccord crit de lISO ladresse ci-aprs ou du comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Publi en Suisse ISO/TS 10929:2012(F) Avant-propo

4、s LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). L laboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire par

5、tie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechniq

6、ue. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour

7、vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Exceptionnellement, lorsquun comit technique a runi des donnes de nature diffrente de celles qui sont normalement publies comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des i

8、nformations sur ltat de la technique par exemple), il peut dcider, la majorit simple de ses membres, de publier un Rapport technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas ncessairement tre rviss avant que les donnes fournies ne soient plus juges valables ou u

9、tiles. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO/TR 1092

10、9 a t labor par le comit technique ISO/TC 229, Nanotechnologies. ISO 2012 Tous droits rservs iii ISO/TS 10929:2012(F) Introduction Du fait de la spcificit de leurs proprits lectroniques, lectromagntiques, thermiques, optiques et mcaniques, les nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) sont des nanoma

11、triaux prometteurs pour de nombreux domaines industriels. Leurs possibilits dutilisation ont t envisages dans diverses applications telles que les panneaux daffichage mission de champ, les matriaux composites renforcs, les capteurs multifonctionnels et les lments de nouveaux circuits logiques lchell

12、e nanomtrique. Dans tous les cas, il est ncessaire de caractriser correctement les chantillons de MWCNT pour pouvoir fabriquer les produits requis. iv ISO 2012 Tous droits rservs Nanotechnologies Caractrisation des chantillons de nanotubes en carbone multifeuillets (MWCNTs) 1 Domaine dapplication Le

13、 prsent Rapport technique identifie les proprits fondamentales des nanotubes en carbone multifeuillets (MWCNTs) et la teneur en impurets qui caractrise les chantillons en vrac de MWCNTs, et met notamment laccent sur les principales mthodes de mesure mises la disposition de lindustrie pour dterminer

14、ces paramtres. Le prsent Rapport technique constitue une base pour la recherche, le dveloppement et la commercialisation de ces matriaux. Le prsent Rapport technique ne couvre pas la prparation des chantillons et le protocole de mesure. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont in

15、dispensables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence (y compris les ventuels amendements) sapplique. ISO/TS 27687, Nanotechnologies Terminologie et dfinitions relatives aux nano

16、-objets Nanoparticule, nanofibre et nanofeuillet ISO/TS 80004-1, Nanotechnologies Vocabulaire Partie 1: Termes cur ISO/TS 80004-3, Nanotechnologies Vocabulaire Partie 3: Nano-objets en carbone 3 T ermes e t dfinition s Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions donns dans lISO/TS

17、27687, lISO/TS 80004- 1 et lISO/TS 80004-3 sappliquent. SPCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 10929:2012(F) ISO 2012 Tous droits rservs 1 ISO/TS 10929:2012(F) 4 Abrviations AAS Spectromtrie dabsorption atomique (Atomic absorption spectrometry) DTA Analyse thermique diffrentielle (Differential thermal analys

18、is) EDS Spectromtrie rayons X dispersion dnergie (Energy dispersive X-ray spectrometry) EGA-GCMS Analyse des gaz dgags par chromatographie en phase gazeuse couple la spectromtrie de masse (Evolved Gas Analysis-Gas Chromatograph Mass Spectrometry) GC-MS Chromatographie en phase gazeuse couple la spec

19、tromtrie de masse (Gas chromatographymass spectrometry) HPLC-MS Chromatographie liquide haute performance couple la spectromtrie de masse (High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry) ICP-AES/OES Spectroscopie dmission atomique/spectroscopie dmission optique plasma induit (Inductively C

20、oupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy/Optical Emission Spectroscopy) ICP-MS Spectromtrie de masse plasma induit (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) SEM Microscopie lectronique balayage (Scanning Electron Microscopy) TEM Microscopie lectronique en transmission (Transmission electron m

21、icroscopy) TGA Analyse thermogravimtrique (Thermogravimetric analysis) XRD Diffractomtrie des rayons X (X-Ray Diffractometry) XRF Analyse par fluorescence rayons X (X-Ray Fluorescence) 5 Proprits fondamentales et teneur en impurets des MWCNTs: mthodes de mesure Le Tableau 1 identifie les proprits fo

22、ndamentales et la teneur en impurets des MWCNT pour la caractrisation des chantillons en vrac. Les proprits et les teneurs sont associes une ou plusieurs mthodes de mesure disponibles dans lindustrie. Bien quils ne soient pas dcrits dans le prsent Rapport technique, il convient de tenir compte de lc

23、hantillonnage et de lhomognit des chantillons. Tableau 1 Proprits fondamentales, teneur en impurets des MWCNTs et mthodes de mesure correspondantes Catgorie Proprit/Teneur Mthode MWCNT Diamtre extrieur TEM, SEM Diamtre intrieur TEM Distance entre feuillets XRD, TEM Longueur SEM, TEM Dsordre de la st

24、ructure cristalline Spectroscopie Raman, TEM Temprature doxydation TGA /DTA Impurets Teneur en matriaux de carbone sous une forme autre que des MWCNT SEM, TEM, XRD, TGA Teneur en mtaux ICP-AES/OES, AAS, ICP-MS, XRF, SEM/EDS Teneur en hydrocarbures aromatiques polycycliques HPLC-MS, GC-MS Teneur en s

25、ubstances volatiles environ 100 C Mthode par perte de masse, TGA, EGA-GCMS Teneur en substances volatiles des tempratures suprieures 100 C Mthode par perte de masse, TGA, EGA-GCMS Teneur en cendres Mthode par perte de masse, TGA 2 ISO 2012 Tous droits rservs ISO/TS 10929:2012(F) 6 Mthodes de mesure

26、pour les proprits de MWCNTs 6.1 Gnralits Les mthodes de mesure disponibles dans lindustrie pour la dtermination des proprits des chantillons en vrac de MWCNTs sont indiques ci-aprs. Le prsent Rapport technique ne couvre pas la prparation des chantillons et le protocole de mesure. 6.2 Diamtre extrieu

27、r Le diamtre extrieur des MWCNTs est le diamtre du feuillet de graphne dont est constitu le tube qui se trouve le plus lextrieur. Le diamtre extrieur des MWCNTs peut tre mesur par TEM et SEM laide de techniques danalyse dimages. Lapplicabilit de la SEM dpend de la rsolution de linstrument SEM. Pour

28、des mesurages TEM et SEM, des modes opratoires appropris dchantillonnage, de statistiques et dtalonnage sont ncessaires. LISO/TS 10797 et lISO/TS 10798 fournissent des recommandations pour la caractrisation des SWCNTs ainsi que des rfrences pour les mesurages du diamtre extrieur par TEM et SEM. 6.3

29、Diamtre intrieur Le diamtre intrieur des MWCNTs est le diamtre du feuillet de graphne dont est constitu le tube qui se trouve le plus lintrieur. Le diamtre intrieur peut tre mesur par TEM laide de techniques danalyse dimages. Pour des mesurages TEM, des modes opratoires appropris dchantillonnage, de

30、 statistiques et dtalonnage sont ncessaires. LISO/TS 10797 fournit des recommandations pour la caractrisation des SWCNTs, ainsi que des rfrences pour les mesurages du diamtre intrieur par TEM. 6.4 Distance entre feuillets Lempilement des MWCNTs est reprsent par la distance entre les feuillets de gra

31、phne qui constituent les parois adjacentes dun MWCNT. La distance entre parois de MWCNTs peut tre mesure au moyen de la mthode de diffraction des rayons X 8et par TEM en utilisant des modes opratoires dchantillonnage et danalyses statistiques appropris pour lchantillon global de MWCNTs. LISO/TS 1079

32、7 fournit des recommandations pour la caractrisation des SWCNTs, ainsi que des rfrences pour les mesurages de distance entre couches par TEM. 6.5 Longueur La longueur des MWCNTs est la distance longitudinale entre leurs deux extrmits ou la distance du pied dune branche sa pointe pour les structures

33、ramifies. La longueur des MWCNTs peut tre mesure par SEM laide de techniques danalyse dimages. Il est galement possible dutiliser la TEM pour les tubes minces et courts sils sinscrivent dans la taille dimage maximale de TEM. Pour des mesurages TEM et SEM, des modes opratoires appropris dchantillonna

34、ge, de statistiques et dtalonnage sont ncessaires. Le mesurage de la longueur des MWCNTs peut tre extrmement difficile raliser car il est peu probable que lon puisse saisir les deux extrmits dun MWCNT en une seule image, que lon utilise la SEM ou la TEM. LISO/TS 10797 et lISO/TS 10798 fournissent de

35、s recommandations pour la caractrisation des SWCNTs ainsi que des rfrences pour les mesures de la longueur par TEM et SEM. 6.6 Dsordre de la structure cristalline Les dsordres de la structure cristalline des MWCNTs sont dus des carts gomtriques et chimiques de la disposition des atomes de carbone pa

36、r rapport celle dun MWCNT correctement ordonn. Les dsordres les plus communs sont des dfauts de la structure graphitique et des zones dsorganises de carbone amorphe. Ces dsordres peuvent affecter les proprits lectriques, thermiques, mcaniques et chimiques du MWCNT. ISO 2012 Tous droits rservs 3 ISO/

37、TS 10929:2012(F) Limportance du dsordre peut tre value qualitativement partir dun spectre Raman des MWCNTs. Le rapport dintensit de la bande D ( environ 1 360 cm 1 ) la bande G ( environ 1 540 cm 1 ) (rapport D/G) obtenu partir dun spectre Raman au moyen dune source laser visible fournit des informa

38、tions quant limportance du dsordre dans les MWCNTs. La bande D indique des dfauts de la structure graphitique et les structures dsorganises, par exemple du carbone amorphe. La bande G est issue de la structure graphitique bien ordonne. De faibles valeurs du rapport D/G indiquent un dsordre moindre d

39、ans la structure cristalline des MWCNTs. Des procdures appropries dchantillonnage, de statistiques et dtalonnage sont ncessaires pour les mesurages. Limportance du dsordre peut galement tre value qualitativement partir dune observation TEM rsolution atomique. 6.7 Temprature doxydation La temprature

40、doxydation des MWCNTs fournit des informations sur la teneur en dfauts. Plus la temprature doxydation est basse, plus il y a de dfauts dans la structure cristalline des MWCNTs. Pour mesurer la temprature doxydation, un chantillon en vrac de MWCNTs est chauff dans un environnement oxydant, depuis la

41、temprature ambiante jusqu une temprature leve dfinie, par exemple 900 C ou plus, au moyen dun appareillage TGA et DTA combin. La temprature doxydation est dtermine partir du point dinflexion exothermique dans les profils DTA et au maximum des profils de perte de poids rsultant de lanalyse TGA. Lorsq

42、ue lchantillon contient beaucoup dimpurets, il peut y avoir plusieurs tempratures doxydation possibles dans les profils mesurs, qui sont dans ce cas dues aux diffrentes impurets. Il convient que lensemble des rsultats soit report comme dcrit lArticle 7 sans dtermination de la temprature doxydation.

43、Il est prfrable dutiliser un programme de temprature dynamique plutt que linaire. LISO/TS 11308 fournit des recommandations pour la caractrisation des SWCNTs, ainsi que des rfrences pour les mesurages de la temprature doxydation par TGA. 7 Mthodes de mesure de la teneur en impurets des chantillons e

44、n vrac de MWCNTs 7.1 Gnralits Les mthodes de mesure disponibles dans lindustrie pour la dtermination des teneurs en impurets des chantillons en vrac de MWCNTs sont indiques ci-aprs. Le prsent Rapport technique ne couvre pas la prparation des chantillons et le protocole de mesure. 7.2 Teneur en matri

45、aux de carbone sous une forme autre que des MWCNTs Les matriaux de carbone qui ne se prsentent pas sous la forme de MWCNTs et qui sont prsents dans un chantillon en vrac, tels que les carbones amorphes et les paillettes de graphite, peuvent tre identifis par SEM, TEM, XRD et TGA. La teneur en matria

46、ux de carbone ne se prsentant pas sous la forme de MWCNTs est estime qualitativement par SEM, TEM, XRD et TGA au moyen de modes opratoires dchantillonnage et danalyses statistiques appropris. LISO/TS 10798 fournit des recommandations pour la caractrisation des SWCNTs ainsi que des rfrences pour les

47、mesurages de la teneur en matriaux en carbone autres que des MWCNTs, par SEM et EDS. 7.3 Teneur en mtaux Les composants mtalliques sont probablement dus aux catalyseurs et substrats utiliss dans la fabrication des MWCNTs. La teneur en mtaux est dcrite par lidentit du type de mtal et la quantit de mtal prsente dans un chantillon global de MWCNTs. La teneur en mtaux peut tre mesure par ICP-AES/OES, AAS, ICP-MS, XRF et SEM/EDS en utilisant des matriaux de rfrence pertinents. Ces mthodes sappliquent d