1、ICS 59.100.20 G 13 道B中华人民共和国国家标准GB/T 26826-20门碳纳米管直径的测量方法Measurement for diameter of carbon nanotubes 2011-07-29发布2011-12-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 26826-2011 目U昌本标准按照GB/T1. 1一2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。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CSAC/TC279/SC 1)提出并归口。本标准起草
2、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。本标准主要起草人:王主、宁国庆、魏飞、来燕、温倩、黄佳琦。I GB/T 26826-20门碳纳米管直径的测量方法1 范围本标准规定了测量碳纳米管CCNTs)直径的原理、仪器、样品的制备和保存、测量方法、图像分析、结果计算、典型样品的测量示例等。本标准适用于采用透射电子显微镜CTEM)及TEM图像分析技术测量碳纳米管的直径。本标准不适用于竹节状等直径变化显著的碳纳米管样品。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
3、文件。GB/T 5314 粉未冶金用粉末的取样方法CISO3954: 1977 , EQV) 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 碳纳米管carbon nanotubes , CNTs 具有管状结构的纳米碳材料，依据管壁碳原子的层数可以分为单壁碳纳米管(管壁为单层碳原子)、双壁碳纳米管(管壁为两层碳原子)和多壁碳纳米管(管壁为三层或三层以上碳原子)。注:本标准所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。3.2 碳纳米管亘径diameter of carbon nanotubes 碳纳米管垂直于轴向方向的截面圆直径，包括内径与外径。内径指内层石墨层形成的截面圆直径
4、;外径指外层石墨层形成的截面圆直径。3.3 有效视场valid visual field 规定的TEM视场中可识别直径的碳纳米管根数比例超过80%视场。4 方法4. 1 总则本方法利用透射电子显微镜定量测量碳纳米管直径。透射电子显微镜能将碳纳米管样品图像放大到几十万倍，甚至上百万倍，点分辨率优于0.3nm，能够清楚反映碳纳米管样品的形貌和微观结构，以便利用其图像测量统计碳纳米管直径。本方法的基本操作步骤是:首先，将碳纳米管样品分散后置于透射电子显微镜专用的微栅上并正确保存;其次，利用透射电子显微镜观察碳纳米管的中空结构，获取一定数量的TEM有效视场图像;然后，通过对同一碳纳米管样品的所有有效视
5、场图像分析，测量并统计该碳纳米管样品直径;最后，绘制碳GB/T 26826-2011 纳米管样品直径分布图，计算平均直径及标准差。4.2 仪器a) 透射电子显微镜:点分辨率高于0.3nm，工作电压80kV200 kV; b) 超声波清洗器:超声功率30W150 W，超声频率30kHz70 kHz; c) 玻璃干燥器:内置硅胶干燥剂。4.3 样品的制备和保存利用透射电子显微镜观测碳纳米管样品，需要制备有一定分散度和浓度适宜的待观测TEM样品。该样品可以通过如下步骤制备并保存ta) 选取具有代表性的样品2mg。为了确保取样具有代表性，要求按照GB/T5314规定的取样方法采样;b) 将2mg样品研
6、磨至粉状后投入3mL乙醇(分析纯)中，用手摇匀后超声分散10min，获得宏观分散均匀的悬浊破。短时间、高强度的超声分散是比较合理有效的，如透射电镜观察发现无法获得分散良好的视野，则可延长超声分散的时间;c) 超声分散后立即采用洁净的滴管，将得到的悬浊液滴加l滴2滴于透射电镜专用的微栅表面。取样及制样过程中应尽可能避免样品偏析，不能待悬浊液静置发生明显沉降后再吸取上层液体滴至微栅表面pd) 待潜剂挥发后，将制好的样品放入透射电镜微栅专用的样品盒，保存在干燥器里待用。4.4 透射电子显微镜(TEM)测量利用透射电子显微镜按下列步骤测量碳纳米管样品:a) 将含有碳纳米管样品的微栅装入透射电子显微镜的
7、样品杆并放入电镜。b) 在低倍(5万倍左右)下观察纤维状物的分布情况，如发现绝大多数碳纳米管样品以聚团形式紧密堆积，则需重新对样品进行分散及微栅制祥。c) 依据样品情况选择适宜的放大倍数，以能清楚观察碳纳米管内径和外径为准。推荐TEM观测倍数为:单壁碳纳米管和双壁碳纳米管100K400 K，多壁碳纳米管20K200 K。d) 选择具有代表性的有效视场拍摄不少于10张TEM图像，要求其中可测量直径的碳纳米管总数满足测量碳纳米管根数要求。对于不同直径分布的碳纳米管样品，规定测量的碳纳米管根数应符合表l的要求。如不能获得满足要求的有效视场数，或不能达到测量碳纳米管的根数要求，则需重新对样品进行分散及
8、微栅制样。如三次分散及微栅制样后仍不能获得满足要求的有效视场数，则判定本标准不适用于该碳纳米管样品的直径测量。直径标准差/nm测量碳纳米管根数/根a标准差计算方法见式(2)。4.5 图像分析表1测量碳纳米管的数量要求0:(;4 二三1004:(;8 150 s二三8二注200对同一碳纳米管样品的全部TEM图像进行测量分析，测量图像中可识别直径的全部碳纳米管的直径数据并记录。具体测量方法为:在垂直于碳纳米管轴向的方向做直线，分别测量内径及外径，见. G/T 26826-2011 图1a)。测量结果需要根据TEM图像标尺换算为碳纳米管直径的实际尺寸。由于TEM图像中的碳纳米管管壁所对应的灰度值较低
9、，如有条件可以结合TEM图像的灰度图峰位置(负峰)确定测量边界，从而更为准确地测量碳纳米管直径，见图1b)。对于同一根碳纳米管的不同部分直径发生变化的情况，至少选取3个有代表性的测量点(测量位置间距大于10nm)测量直径，取算术平均值作为该碳纳米管的直径。a) TEM图像中碳纳米管内径及外径测量850 800 750 700 650 600 550 。5 10 15 20 25 30 35 40 nm b) 根据四M图像局部灰度确定测量边界图1TEM图像的测量方法4.6 结果计算对一份碳纳米管样品，统计其直径分布，表达为碳纳米管根数分率柱状直方图形式。柱状图中的一个柱形表示分布在该区间内的碳纳
10、米管根数分率，即直径在某一范围内的碳纳米管根数在所统计的碳纳米管总根数中所占的百分比;柱状图区间宽度为相邻柱中心的间距，其数值可根据用户要求确定。为了尽可能准确地反映碳纳米管直径分布情况，建议在柱状直方图中采用不少于8个区间表达碳纳米管直径分布。根据碳纳米管直径的测量数据，可列出直径范围，并按式(1)和式(2)分别计算碳纳米管样品的平均GB/T 26826-20门直径Z及标准差。式中:Z= di d=j_三L一:Z= (di - d)2 = J _ =1 n-l n 该样品所测碳纳米管总根数，单位为根;di 任意一根碳纳米管的内径或外径，单位为纳米(nm)。5 典型样晶的测量示例一个典型的多壁
11、碳纳米管样品的测量示例见附录A。4 ( 1 ) . ( 2 ) GB/T 26826-2011 附录A(资料性附录)典型样品的测量示例图A.1为一个典型的多壁碳纳米管样品的TEM图像。对该样品的10幅TEM图像中的102根碳纳米管进行测量，将碳纳米管直径(内径和外径)的统计结果绘制于图A.2中。该样品直径的统计计算结果见表A.10 圄A.1典型多壁碳纳米管样晶的TEM图像50 60 10 40 50 nununu qd04i x崎余额驳也祺霉襟nunnu aa墨ndn，去M霄尔摇摇也提怎毯。1 3 5 7 9 11 13 15 17 外径/nrn。3 5 7 9 11 13 内径/nrna)
12、外径分布b) 内径分布圄A.2典型碳制米管样品的直径分布5 GB/T 26826-2011 表A.1典型碳纳米管样晶的直径统计结果单位为纳米项目外径内径最大值13.68 10.53 最小值4.64 1. 00 平均值7.79 3.20 标准差1. 90 1. 38 6 FFONlNNH阁。国华人民共和国家标准碳纳米管直径的测量方法GB/T 26826-2011 申a晤中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销祷印张o.75 字数13千字2011年9月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2011年9月第一版* 15号:155066. 1-43625 16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533定价G8/T 26826-2011 打印日期:2011年10月20fl F002
