ICS 71.040.50 G 04 中华人民共和国国家标准 GB/T36065—2018 纳米技术 碳纳米管无定形碳、灰分和 挥发物的分析 热重法 NanotechnologiesAnalysis of amorphous carbon, ash and volatile of carbonnanotubesThermogravimetry 2018-10-01实施 2018-03-15发布 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/T 36065—2018 目 次 前言 引言 IV 1 范围 规范性引用文件 2 3术语和定义 缩略语和符号 4 不同实验气氛下的反应原理 5 仪器与配件 试剂与材料 测试方法 数据分析 9 10 测试报告 附录A（规范性附录）在氧与合成空气混合气气氛下T及T。与氧气含量的关系图 附录B（资料性附录） 不同气氛下热重数据处理举例 参考文献 GB/T36065—2018 前言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）归口。 本标准起草单位：国家纳米科学中心、深圳市德方纳米科技股份有限公司、纳米技术及应用国家工 程研究中心。 本标准主要起草人：张东慧、葛广路、孔令涌、王远航、尚伟丽、闫晓英、朱君、张迎 Ⅲ GB/T36065—2018 引言 碳纳米管是由碳原子构成的纳米管。碳纳米管具有许多优异的力学、电学和化学性能，在多个领域 都有广泛的应用前景，是目前已工业化生产的纳米材料口。碳纳米管试样中无定形碳、灰分和挥发物的 含量以及其主要氧化温度、热稳定性对其性能和应用有较大影响2.3。故碳纳米管试样中各组分的准 确测量及对其氧化性和热稳定性的评估是碳纳米管试样质量的关键控制参数 热重法（thermogravimetry，简称TG)是评估碳纳米管试样中不同组分含量及其主要氧化温度和热 稳定性的有效方法，不同实验气氛的使用可获得不同的信息[4~8。本标准给出在不同实验气氛下对碳 纳米管试样进行热重分析（thermogravimetricanalysis，简称TGA）的技术和规范，包括不同实验气氛 下TG的原理及数据处理过程等内容。实验气氛具体包含二氧化碳气氛、氧与合成空气的混合气气氛 和氮气气氛。 本标准的制定将会为碳纳米管试样的生产机构、检测机构、科研院所和相关监督管理部门提供在不 同实验气氛下利用TG分析碳纳米管试样中无定形碳、灰分、挥发物等组分含量及氧化温度的指导和 参考。 IV GB/T360652018 纳米技术碳纳米管无定形碳、灰分和 挥发物的分析热重法 1范围 本标准规定了在不同实验气氛下利用热重法分析碳纳米管试样中的无定形碳、灰分和挥发物的含 量以及碳纳米管的主要氧化温度、热稳定性的方法，实验气氛包括二氧化碳气氛、氧与合成空气的混合 气气氛和氮气气氛。 本标准适用于化学气相沉积法获得的单壁及多壁碳纳米管试样。其他制备方法获得的碳纳米管试 样可参照执行。 2规范性引用文件 2 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 5314 粉末冶金用粉末取样方法 GB/T 6425 热分析术语 GB/T13464 物质热稳定性的热分析试验方法 GB/T19619纳米材料术语 GB/T 29189 碳纳米管氧化温度及灰分的热重分析法 GB/T30544.3纳米科技术语第3部分：碳纳米物体 GB/T32868纳米技术单壁碳纳米管的热重表征方法 ISO/TR10929纳米技术多壁碳纳米管表征[NanotechnologiesCharacterizationofmultiwall carbon(MWCNT) samples) 3术语和定义 3 GB/T6425、GB/T13464,GB/T19619,GB/T29189、GB/T30544.3.GB/T32868,ISO/TR10929 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 无定形碳 炭amorphous carbon 非晶的碳和由石墨层状结构分子碎片堆积而成的无序结构的碳。 注：修改GB/T34916—2017，定义3.1。 3.2 无定形碳含量 amorphouscarboncontent Wam 碳纳米管试样中无定形碳的质量分数。 3.3 挥发物含量 量volatilecontent AM 碳纳米管试样在氮气气氛下从室温加热到设定温度，并保持此温度直到挥发物完全释放。试样没 1 GB/T36065—2018 有发生化学反应的情况下，加热过程中试样的失重值。 4缩略语和符号 下列缩略语和符号适用于本文件。 TG：热重法（thermogravimetry) TGA：热重分析(thermogravimetric analysis) am：无定形碳含量（amphouscarboncontent)） Tox：主要氧化温度（primaryoxidationtemperature） T。：外推起始温度（temperatureoftheextrapolatedonset) Rres：灰分含量（ashrelativecontent) Wv：挥发物含量（volatilecontent） Cam：碳纳米管试样中的无定形碳（amorphouscarbonincarbonnanotube） Cal：碳纳米管试样中所有的碳（all carbonincarbonnanotube） 5不同实验气氛下的反应原理 5.1概述 碳纳米管试样中无定形碳、金属杂质和挥发物等组分在高温和不同的实验气氛中反应活性不同，用 热重分析仪记录试样质量与温度的关系，获得热重曲线。通过分析热重曲线，获得碳纳米管试样中各组 分的含量、主要氧化温度和热稳定性等信息9、10]。不同实验气氛下所获得的样品信息如表1所示。 表1不同实验气氛下TG测试主要内容 实验气体 测试内容 二氧化碳 Wam 氧与合成空气的混合气 Tox、热稳定性、T、Rres 氮气 w 5.2二氧化碳气 在二氧化碳气氛下，升温过程中碳纳来管试样中的无定形碳首先被氧化，并不断吸收周围环境的热 量。从而不会造成局部温度过高而达到碳纳米管的反应温度，使无定形碳与二氧化碳的反应过程和碳 纳米管与二氧化碳的反应过程分离，反应见式（1）。 Cm+CO2→2CO 5.3氧与合成空气的混合气气氛 在氧与合成空气的混合气气氛下，升温过程中碳纳米管试样中所有的碳与氧气发生反应时，不断放 出热量，反应见式（2）。 Cal +Oz →CO2 ..(2) 在氧与合成空气的混合气气氛下微分热重曲线上最强峰出现处的温度即为所测试样的T。x，T。可 看作氧化引起的失重起始温度，二者可共同反应碳纳米管试样在线性加热条件和氧与合成空气的混合 气气氛下的热稳定性。碳纳米管试样充分氧化后所剩残余物的质量与碳纳米管初始质量之比则为碳纳 2 GB/T360652018 米管试样的Rres 注：在给定的仪器和氧与合成空气的混合气气氛下，T和T。会随着氧气的浓度改变而改变（见附录A）。 5.4氮气气氛 在氮气气氛下，碳纳米管试样从室温加热到设定温度，并保持此温度直到挥发物完全释放。假设样 品没有发生化学反应，加热过程中样品在800℃的失重值可以认为是＆。挥发物含量可以用TG测 量，通常表示为加热引起的质量损失百分数。 注：参考GB/T33243—2016，7.6。 6 仪器与配件 6.1热重分析仪 6.1.1加热炉：能够以1℃/min～50℃/min恒定速率将试样均匀加热到恒定温度1000℃或以上。 6.1.2温度传感器：用来显示试样/加热炉温度，灵敏度为士0.01℃。 6.1.3连续记录天平：灵敏度土1ug。 6.1.4温度控制器：能够在选定的温度区间内执行特定的调温程序，其温度变化速率为1℃/min～ 50℃/min，稳态下温度波动在±0.1℃/min以内。 6.2埚 要求不与试样及产物发生反应，且能在1000℃或以上的温度下保持质量稳定，例如铂埚、氧化 铝埚。 7试剂与材料 7.1二氧化碳 纯度不低于99.999%。 7.2 2合成空气 纯度不低于99.995%的氧气的体积分数为18%~23%，其余为纯度不低于99.999%的氮气。 7.3 3氧气 纯度不低于99.995%。 7.4氮气 纯度不低于99.999%。 7.5 5碳纳米管试样 化学气相沉积法合成的单壁或多壁碳纳米管。 8 3测试方法 8.1 测试环境条件 8.1.1 温度范围：15℃~35℃（±2℃）。 3