1、ICS 59.100.20 Q 50 道国中华人民共和国国家标准GB/T 29189-2012 碳纳米管氧化温度及灰分的热重分析法Thermo gravimetric analysis (TGA) for determination of oxidation temperature and ash content of carbon nanotubes 中华人民共和国国家质量监督检验检蔑总局中国国家标准化管理委员会2013-06-01实施发布前本标准按照GB/T1. 1-2009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z中国科学院物理
2、研究所、国家纳米科学中心。本标准主要起草人z李静波、江潮、陈景然、饶光辉。GB/T 29189-2012 I 1 范围碳纳米管氧化温度及灰分的热量分析法GB/T 29189-2012 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。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/T 6425-2008 热分析术语GB/T
3、19619 纳米材料术语3 术语和定义3. 1 3.2 GB/T 19619和GB/T6425-2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。碳纳米管氧化温度。xidationtemperature of carbon nanotub四To 碳纳米管在空气气氛下质量损失速率为最大值1dm/dTI maxJ时所对应的温度。灰分含量ash relative content R . 碳纳米管充分氧化后热分析仪培揭中残余物质的质量与碳纳米管初始质量的比。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(TG
4、A)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1dm/dTI maxJ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。5 仪器5. 1 热重分析仪z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囱效应。要求天平灵敏度优于1阔，测温范围高于1000 C ，DTA灵敏度优于o.01 C，量热精度士2%，GB/T 29189-2012 可实现气氛控制。5.2 精密分析天平，分辨力0.01mg. 5.3 恒温干燥
5、箱，可实现105c士2C程控恒温。5.4 马弗炉，可实现室温到1000 c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)，放入三氧化二铝(Alz03)蜡桶，与热分析的用三氧化二铝栩栩以倒于脯2坦白恒温干燥处理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销处理后摇动析仪样品增7 测量步骤7.2.4 量小于10%的样品，推E气流量，冷却到室温，读取样品质量，即析天平称量样品增揭和反应残注z虽然热重分析仪能钳制捍直接教政品的质量创刊，定量的重量波动，对灰分含量忿示)0%样品推荐采用精密开析天平独立舜量残余物质量.)
6、。对于灰分含7.2.5 每种材料至少进行三次平行测定字每次割试结果的事效怪: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(1g3 g)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To(5 C /min)按式(1)计算z11 dml飞To(5 C /min) =Tr卜一II .( 1 ) 。I dT I m.J 因加热速率对To影响较大，所定义的氧化温度应加注升温速率，如To(5 C/min)。附录C中图C.l给出典型的碳纳米管TGA曲线和
7、DTG曲线。 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、富勒烯(Fullerene)片或石墨颗粒等对应的氧化峰.此时碳纳米管To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，通常元定形碳99.999%);石英(SiOn99.95%，粉末);碳酸锤、(SrCOa ，99.95%，粉末);a-氧化铝(a-A120a，99.95%，粉末)。A.3 校正条件A. 3.1 工作室气氛z流动干燥空气。A.3.2 流速:100mL/min(见7.2.口。A.3.3 程序升温速率:5C/mi
8、n(见7.2.3)。A.3.4 参比物:a-AlzOa.A.4 校正步骤A. 4.1 打开气源，启动仪器，调节工作室内干燥空气流量为100mL/min，于40C恒温5min; A.4.2 低温段温度标定z取约10mg锢作为样品，参比物矿AlzOa约10mg，在升温速率5C/min的条件下进行热分析测试。锢的DTA曲线有唯一的吸热峰，吸热峰的外推起始温度应为156.6C士3.0C; A.4.3 中温段温度标定z取约20mg石英作为样品，参比物-AlzOa约10mg，在升温速率5C /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 C
9、土4.0 C; A.4.4 高温段温度标定z取约10mg碳酸银作为试样，参比物a-A120a约10mg，在升温速率5C /min 的条件下进行热分析测试。碳酸锦的DTA曲线在928C附近存在吸热峰，吸热峰的外挂起始温度应为928.0C士4.0C; 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。4 . e B.1 适用范围附录B(规范性附录)碳纳米曹灼烧工艺本实验方法适用于碳纳米管灰分测量。B.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AzOa蜻捐质量mc.GB/T 29189-2012 B.3.2 取经干燥处理的碳纳米
10、管(13)g置于A120a蜻捐内，利用精密分析天平测量增揭和碳纳米管的总质量m.B.3.3 加盖置于马弗炉内。在空气气氛下，以10C/min升温到950C.恒温20min.炉冷到室温。盖与瑞捐非密闭配制。B.3.4 利用精密分析天平测量烧后残余物和蜡捐的总质量矶。B.3.5 碳纳米管灰分质量mr.=m.一矶，碳纳米管初始质量为mo=m.-mc B.3.6 利用8.2中式(2)计算得到灰分含量。5 GB/T 29189-2012 附录资料性附录碳纳米管TGA，DTG典型曲线C 经纯化处理的多壁碳纳米管TGA、DTG和DTA曲线见图C.l.测试条件如下z样品质量:3.89mg;加热速度:5C/mi
11、n;气氛=干燥空气，100mL/min. C.1 4 100 (孟之M霄谓返国m刷刷盹96.65% TG DTG 2 -唱1 , 1 , 1 I 1 / 1 -一一- -1一-一一-瓦=624c 50 -50 。崎摇A喇喇阳明。1 000 800 600 400 200 温度/C经纯化处理的多壁碳纳米管TGA、DTG和DTA曲线圄C.16 . . 参考文献lJ GB/T 3780.10-2002 炭黑灰分的测定2J GB/T 14837二1993橡胶及橡胶制品组分含量的测定热重分析法3J GB/T 19469-2004 烟火药剂着火温度的测定差热-热重分析法GB/T 29189-2012 4J
12、 Zujin Shi , Yongfu Lian,Fu Hui Liao,Xihuang Zhou, Zhennan Gu, Y. Zhang, S. Iijima,Solid State Communi. 1999 ,112: 35-37 5J Nuria Ferrer-Angladal,Jordi Perez Puigdemontl ,and Siegmar Roth, Phys. Stat. So1. B,2008 , 245 , 2276-2279 6J Yiyu Feng, Hongbo Zhang, Ye Hou, Thomas Patrick McNicholas, Dongni
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