1、 ISO 2012 Nanotechnologies Caractrisation des nanotubes de carbone monofeuillet par microscopie lectronique transmission Nanotechnologies Characterization of single-wall carbon nanotubes using transmission electron microscopy Numro de rfrence ISO/TS 10797:2012(F) SPCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 10797
2、Premire dition 2012-06-01 ISO/TS 10797:2012(F) ii 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, lect
3、ronique ou mcanique, y compris la photocopie et les 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
4、 Publi en Suisse ISO/TS 10797:2012(F) ISO 2012 Tous droits rservs iii Sommaire Page Avant-propos .iv Introduction v 1 Domaine dapplication . 1 2 Rfrences normatives 1 3 T ermes et dfinitions 1 4 Principes gnraux . 3 4.1 Imagerie et analyse par MET 3 4.2 Analyse par EDS 3 4.3 Mthodes de caractrisatio
5、n supplmentaires . 4 4.4 Applicabilit lanalyse des nanotubes de carbone multiparois 4 5 Prparation des chantillons . 4 5.1 Principes gnraux . 4 5.2 Choix de la grille de MET . 5 5.3 chantillons sous forme de poudre et de film 5 5.4 chantillon sous forme de suspension en liquide . 6 5.5 chantillon co
6、mposite . 7 6 Modes opratoires de mesurage . 8 6.1 Examen par MET dun chantillon de SWCNT 8 6.2 Analyse dun chantillon de SWCNT par EDS . 8 7 Analyse des donnes, interprtation et consignation des rsultats .10 7.1 Principes gnraux .10 7.2 Analyse des donnes et interprtation des rsultats de MET 10 7.3
7、 Analyse des donnes et interprtation des rsultats dEDS .14 Annexe A (informative) tudes de cas 16 Annexe B (informative) Supplment dinformation sur la prparation dchantillon et les modes opratoires exprimentaux .22 Annexe C (informative) Informations supplmentaires sur lobservation des SWCNT 29 Anne
8、xe D (informative) Informations supplmentaires sur les facteurs influant sur lobservation des SWCNT .33 Bibliographie 36 ISO/TS 10797:2012(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Ll
9、aboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent g
10、alement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniq
11、ues est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Dans dautres circonstances, e
12、n particulier lorsquil existe une demande urgente du march, un comit technique peut dcider de publier dautres types de documents normatifs: une Spcification publiquement disponible ISO (ISO/PAS) reprsente un accord entre les experts dans un groupe de travail ISO et est accepte pour publication si el
13、le est approuve par plus de 50 % des membres votants du comit dont relve le groupe de travail; une Spcification technique ISO (ISO/TS) reprsente un accord entre les membres dun comit technique et est accepte pour publication si elle est approuve par 2/3 des membres votants du comit. Une ISO/PAS ou I
14、SO/TS fait lobjet dun examen aprs trois ans afin de dcider si elle est confirme pour trois nouvelles annes, rvise pour devenir une Norme internationale, ou annule. Lorsquune ISO/PAS ou ISO/TS a t confirme, elle fait lobjet dun nouvel examen aprs trois ans qui dcidera soit de sa transformation en Nor
15、me internationale soit de son annulation. 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 ave
16、rti de leur existence. L ISO/ TS 10797 a t labore par le comit technique ISO/TC 229, Nanotechnologies. iv ISO 2012 Tous droits rservs ISO/TS 10797:2012(F) Introduction Les nanotubes de carbone (NTC) sont des nanomatriaux composs de couches concentriques de feuillets de graphne agencs en forme de tub
17、e cylindrique dans laxe longitudinal de la fibre. Les nanotubes de carbone monofeuillet (SWCNT) sont des cylindres sans soudure, obtenus partir de la structure en nid dabeille dune seule feuille de graphne paisse dun atome. La microscopie lectronique transmission (MET) et, en particulier, sa version
18、 haute rsolution (MET-HR) a t la premire technique mettre en vidence les caractristiques structurales uniques des NTC. La MET/MET-HR a jou un rle essentiel dans la recherche et le dveloppement des matriaux base de NTC. Elle possde lavantage dtre une technique directe qui vite dintroduire des hypoths
19、es physiques ou mathmatiques. En mme temps, elle fournit toute une varit de rsultats exprimentaux et dimages riches en informations qui rendent les recherches possibles sur une grande diversit dchantillons. Outre limagerie, la MET, et dautres techniques dcrites dans la prsente Spcification technique
20、, permettent dobtenir une valuation qualitative de la puret dun chantillon de SWCNT. Par ailleurs, elle peut galement rvler des caractristiques morphologiques et structurales prcises des NTC, telles que la structure des feuillets de graphne, les dfauts, le diamtre, la longueur, la taille et lorienta
21、tion des faisceaux, ainsi que lexistence de matriaux et nanoparticules 8autres que les SWCNT. Dans dautres modes opratoires, il est encore possible dtudier la chiralit et les proprits thermiques et mcaniques de nanotubes pris individuellement. Il est donc important dlaborer un protocole systmatique
22、dutilisation de la MET, afin dobtenir des informations fiables et exhaustives sur un chantillon contenant des SWCNT. Le microscope lectronique transmission fonctionne sur des principes fondamentaux similaires ceux du microscope optique, mais emploie des lectrons au lieu de la lumire. Un faisceau dle
23、ctrons traverse un fin chantillon transparent aux lectrons pour donner une image agrandie sur un cran fluorescent, un film photographique ou un dtecteur barrettes de diodes sensible aux lectrons. Les instruments modernes sont quips de systmes dimagerie numrique relis un ordinateur qui permettent en
24、plus denregistrer des images en temps rel. La MET-HR permet dtudier la structure cristalline par imagerie par contraste de phase qui forme des images daprs les diffrences de phase des ondes lectroniques diffractes par un chantillon travers. La rsolution du MET est limite par les aberrations sphrique
25、s et chromatiques, mais de nouvelles gnrations dinstruments colonnes lectro-optiques perfectionnes ont nettement rduit ces aberrations. La correction informatique de laberration sphrique a permis la production dimages exploitables, avec une rsolution acceptable pour des grossissements de plusieurs m
26、illions de fois. Ainsi, la capacit dterminer les positions des atomes au sein des matriaux a fait du MET-HR un outil indispensable en recherche et dveloppement dans le domaine des nanotechnologies. ISO 2012 Tous droits rservs v Nanotechnologies Caractrisation des nanotubes de carbone monofeuillet pa
27、r microscopie lectronique transmission 1 Domaine dapplication La prsente Spcification technique tablit les mthodes de caractrisation de la morphologie des nanotubes de carbone monofeuillet (SWCNT) et didentification de la composition chimique des autres matriaux des chantillons de nanotubes de carbo
28、ne, au moyen de la microscopie lectronique transmission et de lanalyse chimique par spectromtrie X dispersion dnergie. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfr
29、ences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 22493, Analyse par microfaisceaux Microscopie lectronique balayage Vocabulaire ISO 29301, Analyse par microfaisceaux Microscopie lectronique en transmission analytique Mthodes dtalonnage du
30、grandissement dimage au moyen de matriaux de rfrence de structures priodiques ISO/TS 80004-3, Nanotechnologies Vocabulaire Partie 3: Nano-objets en carbone ISO/CEI 17025, Exigences gnrales concernant la comptence des laboratoires dtalonnages et dessais 3 T ermes et dfinition s Pour les besoins du pr
31、sent document, les termes et dfinitions donns dans lISO 22493, lISO/TS 80004-3 ainsi que les suivants sappliquent. 3.1 agrgat de nanotubes particule compose de nano-objets fortement lis ou fusionns de nanotubes de carbone isols ou en faisceau NOTE 1 Il sagit dune forme courante des SWCNT en sortie d
32、e production. Les forces maintenant un agrgat sont puissantes. Elles peuvent tre, par exemple, des liaisons covalentes ou des liaisons rsultant dun frittage ou dun enchevtrement physique complexe. NOTE 2 Les agrgats sont appels particules secondaires et les particules de base sont appeles particules
33、 primaires. NOTE 3 Adapte de lISO/TS 27687:2008, dfinition 3.3. 3.2 faisceau de nanotubes brin runissant plusieurs nanotubes maintenus entre eux par des forces de Van der Waals SPCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 10797:2012(F) ISO 2012 Tous droits rservs 1 ISO/TS 10797:2012(F) 3.3 MET fond clair technique
34、 de MET consistant en un bombardement dlectrons et en une imagerie dans laquelle un faisceau lectronique direct traverse lchantillon et o limage nest forme que par londe transmise, en slectionnant londe grce un diaphragme objectif sur le plan focal arrire NOTE 1 Gnralement, les parties de lchantillo
35、n plus paisses ou ayant un numro atomique (Z) suprieur apparaissent plus sombres sur un fond clair. De cette faon, le contraste, tel quon lentend habituellement, est form directement par occlusion et absorption des lectrons par lchantillon. Les rgions de lchantillon les plus paisses ou ayant un numr
36、o atomique plus lev apparaissent alors de couleur sombre, tandis que les rgions de lchantillon sans obstacle sur le chemin des lectrons apparaissent de couleur claire, do le terme de fond clair. NOTE 2 Ce terme sera inclus dans un vocabulaire relatif la microscopie lectronique transmission, qui est
37、en cours de prparation par lISO/TC 202/SC 1. 3.4 MET fond sombre technique de MET consistant en un bombardement dlectrons et en une imagerie dans laquelle un faisceau lectronique direct traverse lchantillon et o limage nest forme que par londe diffracte, en slectionnant londe grce un diaphragme obje
38、ctif sur le plan focal arrire NOTE 1 Les parties cristallines de lchantillon dispersent les lectrons du faisceau direct dans des emplacements diffrents du plan focal arrire. Le placement des ouvertures dans le plan focal arrire, cest-dire le diaphragme objectif, permet de choisir les parties dsires
39、des rflexions. Ainsi, seules les parties de lchantillon provoquant une diffraction des lectrons vers les rflexions slectionnes seront imprimes sur limage. Si les rflexions choisies ne comprennent pas le faisceau non diffract, alors limage apparat sombre partout o il ny a pas de diffraction vers la p
40、artie slectionne, do le terme de fond sombre. NOTE 2 Les MET modernes sont souvent quips de dispositifs permettant lutilisateur dincliner lchantillon pour obtenir des conditions de diffraction particulires. Londe ayant donn une diffraction et une rflexion (par exemple une rflexion de Bragg) dans un
41、chantillon cristallin forme une image fond sombre lorsquon slectionne une onde de diffraction particulire travers les diaphragmes objectifs placs sur le plan focal arrire de la lentille de lobjectif. NOTE 3 Limagerie fond sombre annulaire grand angle (HAADF) est trs sensible aux variations du numro
42、atomique des atomes de lchantillon et produit des images dites contraste Z. Celles-ci fournissent des informations prcieuses sur la prsence de mtaux sur les nanotubes, de rsidus de catalyseur, mme lorsque ces petites particules mtalliques sont incluses dans du carbone amorphe ou un support de cataly
43、seur alors quelles seraient invisibles par imagerie fond clair. NOTE 4 Ce terme sera inclus dans un vocabulaire relatif la microscopie lectronique transmission, qui est en cours de prparation par lISO/TC 202/SC 1. 3.5 spectre de perte dnergie lectronique EELS spectre nergtique des lectrons mis par u
44、ne source nominalement mono-nergtique aprs interactions inlastiques avec lchantillon, prsentant souvent des pics en raison de processus de perte inlastique particuliers NOTE Le spectre de perte dnergie lectronique, mesur avec un faisceau lectronique incident, est fonction de lnergie du faisceau, de
45、son angle dincidence, de son angle dmission et des proprits lectroniques de lchantillon (voir la Rfrence 3). 3.6 spectromtre X dispersion dnergie EDS appareil permettant de dterminer lintensit des rayons X en fonction de lnergie du rayonnement NOTE Adapt de lISO 23833:2006, dfinition 3.6.4. 2 ISO 20
46、12 Tous droits rservs ISO/TS 10797:2012(F) 3.7 puret de lchantillon de SWCNT indication de la quantit de matriaux autres que des SWCNT dans un chantillon de SWCNT NOTE Une puret leve correspond une faible quantit de rsidus de catalyseur (mtallique) et de coproduits habituels, tels que des nanotubes
47、de carbone multiparois, des nanofibres de carbone, des fullernes, du carbone amorphe et des oignons de graphite, qui peut galement tre value par MET. 3.8 microscope lectronique transmission MET instrument produisant des images agrandies ou des profils de diffraction de lchantillon en faisant passer travers lchantillon un faisceau dlectrons qui interagit avec lui NOTE Adapte de lISO 29301:2010, dfinition 3.37. 3.9 diffraction lectronique aire slectionne SAED technique de microsco
